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1. 为什么需要NAT穿透？

写过网络程序的人，多少都遇到过这个问题：两台电脑，一台在北京，一台在上海，想直接建立连接，互相发数据。听起来简单，但实际做起来，你会发现根本连不上。

为什么？因为这两台电脑大概率都在NAT后面。

什么意思？你在家里用WiFi上网，路由器给你分配的IP是192.168.1.100。这个地址只在你家局域网内有效，出了你家大门，这个地址就没人认识了。你的所有流量都要经过路由器"翻译"成公网IP才能出去，这个翻译过程就是NAT。

问题来了。你想让北京的朋友直接连你的电脑，他往192.168.1.100发包，包根本到不了你——因为全国有几百万个192.168.1.100，路由器不知道该把包送到谁那里。

这就是P2P面临的核心难题：两个NAT后面的设备，如何直接通信？

在游戏、视频通话、文件传输等场景中，如果所有数据都要经过服务器中转，带宽成本会很高，延迟也会增加。我们希望两个客户端能直接通信，这就需要NAT穿透技术。

根据Bryan Ford等人2005年的经典研究统计（见参考资料"P2P NAT Traversal"），大约82%的NAT设备支持UDP打洞，64%支持TCP打洞。虽然这个数据距今已近20年，现代网络环境（运营商级CGN普及、Symmetric NAT增多）下比例可能有所变化，但这仍是目前被广泛引用的参考数据。实际经验表明，只要方法得当，大多数情况下我们都能穿透NAT，实现点对点通信。

本文会系统讲解NAT穿透的原理和实现，包括：

• NAT的工作原理和四种类型
• UDP打洞和TCP打洞的原理
• STU