中心化網絡與去中心化網絡

1. 中心化網絡

????????在傳統的中心化網絡中，所有客戶端都通過一個中心服務器進行通信。這種網絡拓撲結構通常是一個星型結構，其中服務器作為中心節點，每個客戶端只能與服務器通信。如果客戶端之間需要通信，必須通過服務器進行路由處理。這種網絡結構中，服務器和客戶端扮演著不同的角色，服務器為所有客戶端提供服務。這種通信網絡被稱為中心化網絡。

特點：

• 中心服務器：所有客戶端都連接到一個中心服務器。

• 通信方式：客戶端之間的通信必須通過服務器中轉。

• 角色區分：服務器和客戶端有明確的角色區分，服務器提供服務，客戶端請求服務。

2. 去中心化網絡

去中心化網絡是一種沒有中心服務器的網絡結構。在這種網絡中，每個客戶端都是平等的，沒有客戶端與服務器之分。客戶端之間可以直接通信，互相提供服務，同時也使用其他客戶端提供的服務。在這種情況下，客戶端被稱為節點。去中心化網絡不僅解除了中心化服務器絕對控制的風險，還提高了網絡傳輸效率，去除了中心化服務器數據路由的壓力。

特點：

• 無中心服務器：沒有中心服務器，所有節點都是平等的。

• 直接通信：節點之間可以直接通信，無需通過中心服務器中轉。

• 角色平等：所有節點既是服務提供者，也是服務使用者。

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去中心化網絡的原理

1. P2P 通信

P2P（Peer-to-Peer）通信是去中心化網絡的核心。在這種通信方式中，終端設備（節點）之間可以直接通信，無需通過中心服務器。每個節點既是客戶端也是服務器，可以同時提供和接收服務。

特點：

• 直接連接：節點之間直接建立連接，無需通過中心服務器。

• 對等關系：所有節點在功能上是平等的，沒有主從之分。

• 高擴展性：網絡可以輕松擴展，新節點可以隨時加入。

2. 節點發現

在去中心化網絡中，節點需要能夠發現其他節點并建立連接。這通常通過以下幾種方式實現：

• 廣播：節點通過廣播消息來發現其他節點。

• 多播：節點通過多播組來發現其他節點。

• 中心服務器：雖然去中心化網絡沒有中心服務器，但在某些情況下，可以使用一個臨時的中心服務器來幫助節點發現其他節點。

3. 數據存儲和檢索

在去中心化網絡中，數據通常存儲在多個節點上，而不是集中存儲在一個服務器上。數據的存儲和檢索通常通過以下方式實現：

• 分布式哈希表（DHT）：使用 DHT 來存儲和檢索數據。DHT 是一種分布式數據結構，可以高效地存儲和檢索鍵值對。

• 文件共享：節點之間可以直接共享文件，無需通過中心服務器。

4. 網絡穿透

網絡穿透是實現終端與終端直接通信的一種技術方案。在去中心化網絡中，網絡穿透通常通過以下技術實現：

• NAT 穿透：通過 NAT 穿透技術，如 STUN、TURN 和 ICE，解決 NAT 設備對直接通信的限制。

• 中繼服務器：在某些情況下，可以使用中繼服務器來中轉數據，確保通信的可靠性。

簡單理解如下圖：

?總結一把：

1.節點發現通常用udp 因為要廣播發送，簡單易實現。

2.數據存儲和檢索，并非集中存儲，節點之間可以共享文件。

3.nat穿透，主要解決方案 STUN、TURN 和 ICE，解決 NAT 設備對直接通信的限制。以及中繼服務器，交互。

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NAT 的實現

為什么要進行nat?

解決ipv4不夠使用的問題，通過ip+port端口映射關系，可以滿足公網識別進程的位置。

NAT的三種實現方案對比

類型	核心原理	IP映射關系	端口處理	適用場景	優缺點
靜態NAT	一對一固定映射	私有IP ? 固定公網IP	不修改端口	服務器對外暴露（如Web服務器）	? 穩定可預測 ? 浪費公網IP ? 無地址復用
動態NAT	從公網IP池動態分配	私有IP ? 臨時公網IP	不修改端口	企業內網少量設備臨時訪問公網	? 節省少量IP ? 并發數受IP池大小限制 ? 無法復用已分配IP
端口地址映射(PAT)	多對一IP映射 + 端口重寫	多私有IP ? 單一公網IP	修改源端口	家庭/企業多設備共享單公網IP	? 極致節省IP（單IP支持數萬連接） ? 隱藏內網拓撲 ? 端口映射表維護復雜

?主要流行：端口地址映射(PAT/NAT Overload)

• 核心創新 在IP映射基礎上引入端口重寫，實現多設備共享單一公網IP。例如：

  • 內網設備A（192.168.1.2:5000） → 映射為203.0.113.1:15000

  • 內網設備B（192.168.1.3:6000） → 映射為203.0.113.1:16000

• 技術實現 NAT設備維護一張端口映射表，記錄五元組（源IP、源端口、目標IP、目標端口、協議），確保響應數據包能正確回傳。

• 優勢擴展

  • 安全性：外部無法直接看到內網IP和端口，天然具備防火墻特性。

  • 高并發：單個公網IP理論上支持約65,000個端口（TCP/UDP）。

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NAT 種類

NAT功能分類對比表

類型	映射規則	過濾規則	P2P兼容性	典型應用場景
完全錐型NAT	內網地址（iAddr:iPort ）固定映射為公網地址（pAddr:pPort ），所有外部請求均可通過該端口訪問內網	無過濾：任何外部IP和端口均可通過pAddr:pPort 訪問內網	? 高	企業對外服務（需主動暴露端口）
IP限制錐型NAT	同完全錐型，映射關系固定（pAddr:pPort ? iAddr:iPort ）	IP過濾：僅允許內網主機主動通信過的外部IP訪問pAddr:pPort （不限制端口）	? 中	家庭寬帶（運營商基礎NAT）
端口限制錐型NAT	同完全錐型，映射關系固定（pAddr:pPort ? iAddr:iPort ）	IP+端口過濾：僅允許內網主機主動通信過的外部IP和端口訪問pAddr:pPort	? 低	企業防火墻（嚴格安全策略）
對稱型NAT	動態映射：內網主機每連接一個外部目標，分配新的公網端口（pAddr:pPort_new ）	會話綁定：僅允許特定外部IP和端口通過對應的動態映射端口訪問內網	? 極低	移動網絡（4G/5G運營商級NAT）

nat映射表ps:如果源地址和nat后地址一致，則目標地址不進行登記，而是共享nat表。回源轉發是通過nat表進行這就導致如果是對稱nat，會為這個新的連接分配另一個公網 IP 和端口，有兩條記錄，使得p2p目的不明確！

?對稱NAT

錐形NAT ?

關鍵特性深度解析

1. 完全錐型NAT（Full Cone NAT）

• 技術特點

  • 映射關系：內網IP:端口 → 公網IP:端口（固定一對一）

  • 無狀態過濾：任何外部主機均可通過公網IP:端口訪問內網主機（無需內網主機主動發起連接）。

• 示例場景 內網服務器（192.168.1.100:80）映射為公網地址（203.0.113.10:80），公網用戶可直接訪問203.0.113.10:80。

• P2P兼容性 最佳，無需打洞即可直接通信。

2. IP限制錐型NAT（Restricted Cone NAT）

• 技術特點

  • 映射關系固定，但過濾規則基于IP：僅允許內網主機主動連接過的外部IP通過映射端口訪問。

  • 端口不限：外部主機可使用任意端口（如從180.93.45.46:8080改為180.93.45.46:1234仍可訪問）。

• 示例場景 內網主機（192.168.1.2:5000）主動連接公網服務器（180.93.45.46:80），則NAT允許來自180.93.45.46（任何端口）的返程流量。

• P2P兼容性 需通過STUN服務器交換IP信息，可打洞成功。

3. 端口限制錐型NAT（Port-Restricted Cone NAT）

• 技術特點

  • 過濾規則嚴格綁定IP+端口：僅允許內網主機主動連接過的外部IP和端口訪問映射端口。

  • 示例：若內網主機連接180.93.45.46:8080，則僅允許來自180.93.45.46:8080的返程流量。

• P2P兼容性 需雙方同時向對方發送打洞包以建立雙向通道，成功率取決于NAT策略。

4. 對稱型NAT（Symmetric NAT）

• 技術特點

  • 動態端口映射：內網主機每連接一個外部目標（IP:Port ），NAT分配不同的公網端口。

  • 嚴格會話綁定：外部主機必須使用與內網主機通信時相同的IP和端口，且只能通過對應的動態端口訪問。

• 示例場景 內網主機（192.168.1.2:5000）連接公網主機A（180.93.45.46:80）時映射為203.0.113.1:55000；連接主機B（198.51.100.2:443）時映射為203.0.113.1:56000。

• P2P兼容性 極低，需依賴TURN中繼服務器轉發流量。

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總結

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如何識別net網關類型

為什么要是區分nat類型

1.nat類型由服務器探測，得出網絡分布nat類型。以后打洞就方便

nat類型識別次數如何計算（去重復）

?1.雙方屬于完全錐型NAT （1次 p2p大概率成功）

步驟1：私網機器1（192.168.1.3:2341）發送報文給服務器（180.93.45.46:8888）。 服務 器獲取到私網機器1的公網IP地址與端口（112.93.14.56:43891）。 步驟2：服務器收到信息后，通知私網機器2（192.168.2.6:6583）， 通知信息內含私網機器 1 的公網IP地址與端口（112.93.14.56:43891）。 步驟 3：私網機器 2（192.168.2.6:6583）發送數據給私網機器 1 的公網 IP 地址與端口 （112.93.14.56:43891），此時私網機器 1 就能收到私網機器2發送的報文數據，并且能過 獲取私網機器2的公網IP地址與端口（iAddr:iPort）。 步驟4：私網機器1回發報文信息給私網機器2的公網IP地址與端口（iAddr:iPort），此 時私網機器2能夠收到報文數據。穿透流程結束。?

2.雙方屬于限制類型nat （受限，則通過中繼服務器轉發，最終p2p）

步驟1：私網機器1（192.168.1.3:2341）發送報文給服務器（180.93.45.46:8888），服務 器獲取私網機器的公網IP地址（112.93.14.56:43891）。 步驟2：服務器發送通知報文給私網機器2（192.168.2.6:6583），通知報文中內含私網機器 1 的公網IP地址（112.93.14.56:43891）。 步驟3：私網機器2發送報文數據到私網機器1的公網IP地址（112.93.14.56:43891）。由 于NAT1是限制錐型NAT，此時私網機器1是不能收到報文數據的。 步驟4：私網機器2進行完步驟3以后，立即發送報文給服務器（180.93.45.46:8888），要 求私網機器1發送數據給私網機器2的公網IP地址。 步驟5：服務器通知私網機器1，通知信息內含公網IP地址（180.20.198.42.9681）。 步驟6：私網機器1發送報文數據給私網機器2的公網IP地址。由于步驟3發送報文給私 網機器2的公網IP地址，此份報文會被NAT2的路由器認為是步驟3的回復。所以此步驟會 被允許通過。此時已經穿透了NAT2。 步驟7：私網機器2回發報文給私網機器1，此時穿透了NAT1。穿透流程結束。?

3.兩邊是對稱nat （沒啥限制，直接用服務器大概率通）

使用 STUN 協議：

• STUN（Simple Traversal of UDP through NAT）協議是一種用于確定 NAT 類型和公共 IP 地址的協議。通過 STUN 協議，可以檢測 NAT 類型并判斷是否為對稱 NAT。

• 你可以使用 STUN 服務器來測試 NAT 類型。例如，使用 NatTypeChecker 工具，它是一個基于 JavaScript 的 STUN 協議實現，可以檢測 NAT 類型 。

使用 P2P 穿透工具：

• 一些 P2P 穿透工具（如 pwnat）可以嘗試與對端建立連接，并根據連接結果判斷 NAT 類型。如果兩邊都是對稱 NAT，這些工具通常會報告連接失敗或需要額外的中繼服務器 。

手動測試：

手動進行以下步驟來判斷 NAT 類型：

1. 客戶端 A 向 STUN 服務器發送請求，獲取其公共 IP 和端口號。

2. 客戶端 B 向同一 STUN 服務器發送請求，獲取其公共 IP 和端口號。

3. 客戶端 A 和 B 互相發送 UDP 數據包，觀察是否能夠直接通信。

4. 如果兩邊都是對稱 NAT，通常會發現無法直接通信，因為每個連接的端口號都是動態分配的，無法預測。

4.NAT1為限制錐型NAT，NAT2為對稱NAT。

步驟1：私網機器1（192.168.1.3:2341）發送報文數據給服務器（180.93.45.46:8888）， 請求與私網機器2進行透傳。

步驟2：服務器（180.93.45.46:8888）發送通知信息給私網機器2。通知信息內含私網機器 1 的公網IP地址（112.93.14.56:43891）。

步驟3：私網機器2收到通知信息，發送報文數據給私網機器1的公網IP地址。此時由于 NAT1 為限制錐形NAT，數據是不被允許進入私網的。同時由于NAT2為對稱NAT，所以會在 此次報文發送過程中，會被產生新的映射記錄，分配公網地址與端口（iAddr:iPort）。

步驟4：私網機器2進行完步驟3以后，發送報文信息給服務器的另一個端口8889，此步驟 也會在路由器上產生一條新的映射記錄，分配公網地址與端口（mAddr:mPort）。服務器同時 也獲取到新的公網地址與端口（mAddr:mPort）。

步驟5：服務器（180.93.45.46:8889）發送通知信息給私網機器1。通知信息內含步驟4產 生的新記錄公網地址與端口（mAddr:mPort）。 此時根據 iPort 與 mPort 產生的相隔時間很 短，可以來判斷iPort 的值,即需要穿透的端口。為了判斷的根據準確，可以在產生mPort 之前也加上一次新記錄，即再步驟3以前讓NAT路由器產生一條記錄，這樣準確度會大大穿 透的概率。

步驟6：根據mPort的值，來猜測iPort的值，發送報文信息給私網機器2的公網地址與端 口（mAddr:mPort）。 準確的mPort值，則能夠穿透NAT2。

步驟7：收到穿透報文信息后，回復報文信息。流程完畢。

步驟核心邏輯

NAT穿透失敗的根本原因

1. NAT1的限制錐型規則

   • 僅允許內網機器1主動通信過的外部IP（如服務器IP 180.93.45.46）返程流量進入，私網機器2的初次連接請求會被NAT1直接丟棄。

2. NAT2的對稱型規則

   • 私網機器2每次連接不同目標（如服務器或NAT1的公網地址）時，NAT2會分配不同的公網端口（如 iPort 和 mPort），導致傳統打洞無法直接定位有效端口。

解決方案

觸發兩次端口映射

• 步驟3：私網機器2首次嘗試連接NAT1的公網地址（112.93.14.56:43891），觸發NAT2生成映射記錄 iPort。

• 步驟4：私網機器2轉而連接服務器的另一個端口（8889），觸發NAT2生成新映射記錄 mPort。

端口推測機制

• 對稱型NAT（如NAT2）在為同一內網主機的連續連接分配端口時，可能采用遞增或固定偏移策略（例如 mPort = iPort + 1）。

• 服務器通過對比兩次映射端口 iPort 和 mPort 的生成時間間隔與差值，推測出 iPort 的可能值。

主動驗證猜測端口

• 步驟6：服務器通知私網機器1向推測的端口 mAddr:mPort（實際目標為 iPort）發送穿透報文。

• 若猜測正確，NAT2會將報文轉發至私網機器2，完成雙向通道建立。

總結

?1.雙方屬于完全錐型NAT （1次 p2p大概率成功）

2.雙方屬于限制類型nat （受限，則通過中繼服務器轉發，最終p2p）

3.兩邊是對稱nat （）

4.NAT1為限制錐型NAT，NAT2為對稱NAT。

????????總結：步驟3由于是錐形，不會產生記錄。所以需要額外記錄這次nat ip:port，步驟4 又產生多余的記錄。只能靠猜測4是ip:port+1的模式，進行嘗試。最后客戶機1根據上述兩點進行猜測。

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