點對點穿透，需要實現的是對nat的穿透。想實現nat的穿透，當然要先了解nat到底是什麼，以及nat是用來幹什麼的。
nat全稱network address translation，意思是網路位址轉換，在2023年提出。它可以對不同的ip及埠進行對映，將乙個網路位址轉換為另乙個。nat的主要用途，大家可以看路由器。路由器具有乙個wan口及多個lan口；wan口對外，連線網際網路，擁有公網ip；lan口對內，構建本地網路，分配的是私網ip。當處於lan網下的本地主機想要訪問網際網路的時候，路由器就會通過nat技術，將lan 口的私網ip對映到wan口的公網ip，實現網路位址的轉換，這樣本地主機就可以訪問網際網路了。
nat技術的出現，有效減緩了ipv4時代可用ip位址枯竭的問題。至於為何可以緩解ip位址枯竭，我們依舊可以參照路由器來加以理解。路由器的lan網下擴充套件了多台本地主機，這些本地主機需要不同的ip位址加以區分。如果它們都是接在英特網下，那麼每台主機都需要消耗乙個公網ip，但是通過路由器的nat服務，這些本地主機可以先分配不同的私網ip，然後在需要連線到英特網的時候對映到公網ip的不同埠上完成對網際網路的訪問，從而節省ip位址的消耗。至於私網ip位址，由於nat的存在，本地網路與英特網處於隔離狀態，不必擔心與其他網路產生衝突。
上面是對nat的一些簡單的介紹，以及nat工作方式的簡單描述，如果覺得難以理解，可以自行查閱更多資料。
舉個例子，假如路由器wan口獲取到的公網ip是大致知道nat怎麼工作的之後，接下來了解為什麼要穿透nat。55.66.77.88（隨便寫的），lan網下某台本地主機獲取到的私網ip是192.168.0.100（路由器多是192.168.0.0網段）。現在本地主機想要向英特網發起連線，它通過自己的10000埠發起了連線，路由器知道有本地主機向英特網發起連線，便會分配乙個wan口的可用埠做對映，比如分配到的是5000埠。這時，192.168.0.100的10000埠便和55.66.77.88的5000埠產生了對映關係。55.66.77.88的5000埠收到的網路包便會**到192.168.0.100的10000埠,192.168.0.100的10000埠收到的網路包也會**到55.66.77.88的5000埠。當然，由於是網路位址轉換，這途中還會有拆包，重新裝包的過程，不做詳細說明。
按照上面的描述，nat的工作需要lan網下的本地裝置主動發起網路連線，然後nat服務才會將這個連線對映到wan口的公網ip完成轉換。也就是說，如果本地主機沒有主動發起連線，那麼這個對映就不會存在，那麼公網上的機器就無法訪問到私網上的機器。也就是說，只能是私網機器主動連線公網機器，而不能是公網機器主動連線私網機器。而為了實現公網機器主動連線私網機器，我們就需要穿透nat，這就是nat穿透的由來。
目前比較好實現nat穿透的方式是採用udp連線對nat進行打洞，然後完成連線。何為打洞呢？就是為了使nat產生乙個可用的對映。具體步驟就是在私網機器上用udp向某台公網機器發起連線，使得nat產生乙個可以使用的對映（洞）。然後通過這個對映（洞），就可以穿透nat。
至於為什麼要用udp，這是由於udp的某些特性。udp通訊需要先繫結本地機器的埠，完成後就可以從這個埠收發資料，至於從**收，發到**，可以在收發資料的時候再決定，這也就意味著我可以用這乙個埠同時和多個物件通訊，只要我收發資料的時候指定不同的物件即可。當本地機器用udp向英特網上的某個伺服器傳送資料的時候，這個對映不但能用來和這個伺服器進行資料互動，也能用來接收其他主機發來的資料。nat穿透就是本地主機向公網上的某台伺服器傳送資料，這時伺服器就可以獲得nat對這台主機的對映，在之前舉得例子中就是55.66.77.88:5000這個位址。由於nat會將55.66.77.88:5000收到的資料**至本地主機，所以公網上的其他機器可以從伺服器獲取到55.66.77.88:5000這個網路位址，然後通過這個網路位址向私網下的機器發出資料。
而至於為什麼不用tcp，也是由於tcp的某些特性。tcp通訊的步驟與udp不同，它需要先在兩個物件之間建立乙個專用通道，再用這個通道收發資料。也就是說外人無法插手。這樣一來，雖然其他機器可以通過伺服器獲取到nat的對映物件，也沒辦法利用它向私網下的機器發出資料。
關於tcp與udp的更多細節，請參考socket程式設計。
為了嘗試使用tcp實現點對點穿透，需要現對tcp做更多的了解。我之前有詳細查過tcp連線中的各種狀態變化，做了簡單的整理，可以做個參考：tcp連線狀態變化
既然tcp在連線過程中其他人不能插手，但是等它連線結束之後呢？nat對tcp連線的埠對映在連線結束後就立馬銷毀了嗎？接著深入，發現nat存在乙個老化機制。接下來看看老化是什麼意思。nat生成某個對映後，會將這個對映儲存下來，但是即使埠號非常多，它也不是無限的，而既然埠號是有限資源，那麼就不能保證對映表的無限擴充。為了合理利用資源，當某個對映一段時間內沒有發生資料互動，nat就會認為這個對映已經沒有人使用了，就會將這個對映銷毀，**埠號。這個時間，就叫做老化時間。也就是說，老化是一種對映的**機制。
從tcp連線狀態變化中可以知道，tcp在斷開連線後會有一段時間的保護期，不讓這個埠進行下一次連線，這個時間是2*msl，msl在協議中的建議值為2分鐘，實際應用中常用是30秒，1分鐘和2分鐘，也就是說這個時間很有可能是一分鐘甚至更久。那老化時間有多久有多久呢，在老化時間控制中有提到，tcp的預設老化時間是86400秒，tcp-syn和tcp-fin的預設老化時間是60秒。這樣說來，按照一般情況等保護期結束的時候，nat的對映也到期了。
但是沒有關係，socket程式設計中允許有一些特殊的選項，其中有乙個叫so_reuseaddr的選項。
以下文字引用自setsockopt中引數之so_reuseaddr的意義1、一般來說，乙個埠釋放後會等待兩分鐘之後才能再被使用，so_reuseaddr是讓埠釋放後立即就可以被再次使用。
so_reuseaddr用於對tcp套接字處於time_wait狀態下的socket，才可以重複繫結使用。server程式總是應該在呼叫bind()之前設定so_reuseaddr套接字選項。tcp，先呼叫close()的一方會進入time_wait狀態2、so_reuseaddr和so_reuseport
so_reuseaddr提供如下四個功能：
so_reuseaddr允許啟動乙個監聽伺服器並**其眾所周知埠，即使以前建立的將此埠用做他們的本地埠的連線仍存在。這通常是重啟監聽伺服器時出現，若不設定此選項，則bind時將出錯。
so_reuseaddr允許在同一埠上啟動同一伺服器的多個例項，只要每個例項**乙個不同的本地ip位址即可。對於tcp，我們根本不可能啟動**相同ip位址和相同埠號的多個伺服器。
so_reuseaddr允許單個程序**同一埠到多個套介面上，只要每個**指定不同的本地ip位址即可。這一般不用於tcp伺服器。
so_reuseaddr允許完全重複的**：當乙個ip位址和埠繫結到某個套介面上時，還允許此ip位址和埠**到另乙個套介面上。一般來說，這個特性僅在支援多播的系統上才有，而且只對udp套介面而言（tcp不支援多播）。so_reuseport選項有如下語義：
此選項允許完全重複**，但僅在想**相同ip位址和埠的套介面都指定了此套介面選項才行。
如果被**的ip位址是乙個多播位址，則so_reuseaddr和so_reuseport等效。使用這兩個套介面選項的建議：
在所有tcp伺服器中，在呼叫bind之前設定so_reuseaddr套介面選項；
當編寫乙個同一時刻在同一主機上可執行多次的多播應用程式時，設定so_reuseaddr選項，並將本組的多播位址作為本地ip位址**。if (setsockopt(fd, sol_socket, so_reuseaddr,
(const void *)&noptval , sizeof(int)) < 0) ...
so_reuseaddr 套接字選項應用例項
有了so_reuseaddr就好辦了，在剛斷開連線的時候nat的對映還沒有被老化，而由於so_reuseaddr套接字選項的關係，也可以立馬進行下一次連線。也就是說只要我們在nat服務設定的老化時間內重新建立好連線，那麼這個對映就可以繼續使用。
從原理上來說應該是存在可行性的，如果有偏頗，忘指正。後續會嘗試搭建環境，寫程式做個試驗。
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