NAT穿越（NAT traversal）涉及TCP/IP网络中的一个常见问题，即在处于使用了NAT设备的私有TCP/IP网络中的主机之间建立连接的问题。

1 概述

2 方法(一、NAT/ALG 方式 二、MIDCOM 方式 三、STUN 方式 四、TURN方式 五、ICE方式[2])

1 概述

会遇到这个问题的通常是那些客户端网络交互应用程序的开发人员，尤其是在对等网络和VoIP领域中。IPsec VPN客户普遍使用NAT-T来达到使ESP包通过NAT的目的。

尽管有许多穿越NAT的技术，但没有一项是完美的，这是因为NAT的行为是非标准化的。这些技术中的大多数都要求有一个公共服务器，而且这个服务器 使用的是一个众所周知的、从全球任何地方都能访问得到的IP地址。一些方法仅在建立连接时需要使用这个服务器，而其它的方法则通过这个服务器中继所有的数据——这就引入了带宽开销的问题。

2 方法

一、NAT/ALG 方式

普通NAT是通过修改UDP或TCP报文头部地址信息实现地址的转换，但对于VOIP应用，在TCP/UDP净载中也需带地址信息，ALG方式是指在私网中的VOIP终端在净载中填写的是其私网地址，此地址信息在通过NAT时被修改为NAT上对外的地址。

语音和视频协议（H323、SIP、MGCP/H248）的识别和对NAT/Firewall的控制，同时每增加一种新的应用都将需要对 NAT/Firewall进行升级。

在安全要求上还需要作一些折衷，因为ALG 不能识别加密后的报文内容，所以必须保证报文采用明文传送，这使得报文在公网中传送时有很大的安全隐患。

NAT/ALG是支持VOIP NAT穿透的一种最简单的方式，但由于网络实际情况是已部署了大量的不支持此种特性的NAT/FW设备，因此，实际应用中，很难采用这种方式。

二、MIDCOM 方式

与NAT/ALG不同的是，MIDCOM的基本框架是采用可信的第三方（MIDCOM Agent）对Middlebox （NAT/FW）进行控制，VOIP协议的识别不由Middlebox完成，而是由外部的MIDCOM Agent完成，因此VOIP使用的协议对Middlebox是透明的 .

由于识别应用协议的功能从Middlebox移到外部的MIDCOM Agent上，根据MIDCOM 的构，在不需要更改Middlebox基本特性的基础上，通过对MIDCOM Agent的升级就可以支持更多的新业务，这是相对NAT/ALG方式的一个很大的优势。

在VOIP实际应用中，Middlebox功能可驻留在NAT/Firewall，通过软交换设备（即MIDCOM　Agent）对IP语音和视频协议（H323、SIP、MGCP/H248）的识别和对NAT/Firewall的控制，来完成VOIP应用穿越 NAT/Firewall .在安全性上，MIDCOM方式可支持控制报文的加密，可支持媒体流的加密，因此安全性比较高。

如果在软交换设备上实现对SIP/H323/MGCP/H248协议的识别，就只需在软交换和NAT/FW设备上增加MIDCOM协议即可，而且以后新的应用业务识别随着软交换的支持而支持，此方案是一种比较有前途的解决方案，但要求现有的NAT/FW设备需升级支持MIDCOM协议，从这一点上来说，对已大量部署的NAT/FW设备来说，也是很困难的，同NAT/ALG方式有相同的问题。

三、STUN 方式

解决穿透NAT问题的另一思路是，私网中的VOIP终端通过某种机制预先得到出口NAT上的对外地址，然后在净载中所填写的地址信息直接填写出口NAT上的对外地址，而不是私网内终端的私有IP地址，这样净载中的内容在经过NAT时就无需被修改了，只需按普通NAT流程转换报文头的IP地址即可，净载中的 IP地址信息和报文头地址信息是一致的。STUN协议就是基于此思路来解决应用层地址的转换问题。

STUN的全称是Simple Traversal of UDP Through Network Address Translators，即UDP对NAT的简单穿越方式。 应用程序（即STUN CLIENT）向NAT外的STUN SERVER通过UDP发送请求STUN 消息，STUN SERVER收到请求消息，产生响应消息，响应消息中携带请求消息的源端口，即STUN CLIENT在NAT上对应的外部端口。然后响应消息通过NAT发送给STUN CLIENT，STUN CLIENT通过响应消息体中的内容得知其NAT上的外部地址，并将其填入以后呼叫协议的UDP负载中，告知对端，本端的RTP接收地址和端口号为NAT 外部的地址和端口号。由于通过STUN协议已在NAT上预先建立媒体流的NAT映射表项，故媒体流可顺利穿越NAT.

STUN协议最大的优点是无需现有NAT/FW设备做任何改动。由于实际应用中，已有大量的NAT/FW，并且这些NAT/FW并不支持VoIP的应用，如果用MIDCOM或NAT/ALG方式来解决此问题，需要替换现有的NAT/FW，这是不太容易的。而采用STUN方式无需改动NAT/FW，这是其最大优势，同时STUN方式可在多个NAT串联的网络环境中使用，但MIDCOM方式则无法实现对多级NAT的有效控制。

STUN的局限性在于需要VOIP终端支持STUN CLIENT的功能，同时STUN并不适合支持TCP连接的穿越，因此不支持H323.另外STUN方式不支持对防火墙的穿越，不支持对称NAT （Symmetric NAT）类型（在安全性要求较高的企业网中，出口NAT通常是这种类型）穿越。

四、TURN方式

TURN方式解决NAT问题的思路与STUN相似，也是私网中的VOIP终端通过某种机制预先得公网上的服务地址（STUN方式得到的地址为出口NAT上外部地址，TURN方式得到地址为TURN Server上的公网地址），然后在报文净载中所要求的地址信息就直接填写该公网地址。[Page]

TURN的全称为Traversal Using Relay NAT，即通过Relay方式穿越NAT.TURN应用模型通过分配TURN Server的地址和端口作为私网中VOIP终端对外的接受地址和端口，即私网终端发出的报文都要经过TURN Server进行Relay转发，这种方式除了具有STUN方式的优点外，还解决了STUN应用无法穿透对称NAT（Symmetric　NAT）以及类似的Firewall设备的缺陷，同时TURN支持基于TCP的应用，如H323协议。此外TURN Server控制分配地址和端口，能分配RTP/RTCP地址对（RTCP端口号为RTP端口号加1）作为私网终端用户的接受地址，避免了STUN方式中出口NAT对RTP/RTCP地址端口号的任意分配，使得客户端无法收到对端发来的RTCP报文（对端发RTCP报文时，目的端口号缺省按RTP端口号加 1发送）。

TURN的局限性在于需要VOIP终端支持TURN Client，这一点同STUN一样对网络终端有要求。此外，所有报文都必须经过TURN Server转发，增大了包的延迟和丢包的可能性。

五、ICE方式[2]

应该说ICE是目前在NAT穿透中最常用的方式。ICE（交互式连接建立）- Interactive Connectivity Establishment 是一种综合性的NAT穿越的技术。交互式连接建立是由IETF的MMUSIC工作组开发出来的一种framework，可整合各种NAT 穿透技术，如STUN、TURN（Traversal Using Relay NAT）、RSIP（Realm Specific IP，特定域IP）等。该framework可以让SIP的客户端利用各种NAT穿透方式打穿远程的防火墙。