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在網絡編碼中會發現程序在局域網中是可以適用的，但是在外網與內網之間和內網與內網之間就不可行。
問題就在於NAT。首先介紹下NAT。
NAT的作用NAT(Network Address Translator)，網絡地址轉換。顧名思義，它是一種把內部私有網絡IP地址翻譯成公有網絡IP地址的技術，如圖5-1所示。NAT是在IP地址日益缺乏的情況下產生的，它的主要目的是使地址能夠重用[9]。 
圖5-1 NAT模型
IP地址分為五類：A類，B類，C類，D類，E類（這里不考慮保留的IP地址）。A、B、C類可被計算機作為IP地址，D類為組播地址，E類為特殊用途的地址。A、B、C類中，又可分為公有地址和私有地址，私有地址用於內網，不同的內網，私有地址可重用，從而節省了公網地址，它不可在公網中被路由，所以內網的主機要訪問公網的服務器，便要經過NAT。公有地址是全球唯一的，能在公網上被路由。 
內網主機用私有地址在內網能與其它的內網主機無誤地通信，但它不能直接用私有地址訪問外網的主機，因為私有地址不能被路由。它要與外網通信，必須經過NAT設備（如網關，路由器），如圖5-2所示。主機A與服務器S通信，它須先通過網關，此時網關改變它的數據包地址及端口，把私有地址（10.0.0.2）改為公有地址（155.99.25.11），使數據包能在公網上被路由，送至服務器端。服務器端返回的數據包到達網關后，網關把公網地址改為相應的私有地址，然后轉發到主機A。通過這種方法，一個內網只需一個公有IP地址，就把整個內網的計算機接入Internet，從而解決IP地址缺乏的問題。
NAT功能通常被集成到路由器、防火牆、ISDN路由器或者單獨的NAT設備中。也可通過軟件實現這一功能，Windows 98 SE、Windows 2000 都包含了這一功能。
NAT的分類及工作原理 
基本NAT與NAPT如圖5-3所示，NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT（Network Address/Port Translator）[10][11]。
基本的NAT，它僅將內網主機的私有IP地址轉換成公網IP地址，但並不將TCP/UDP端口信息進行轉換，有動態與靜態之區分。由於現在大部分都屬於另一種類型，即NAPT，故這里不詳細討論基礎NAT。
另外一種NAT叫做NAPT（Network Address/Port Translator），從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會改變經過這個NAT設備的IP數據報的IP地址，還會改變IP數據報的TCP/UDP端口。NAPT的地址及端口的轉換過程，請看圖5-4： 
私有網絡中某一主機Client A（10.0.0.2），它的某個進程通過1234端口，想訪問外網服務器18.181.0.31的1235端口。那么當數據包通過NAT時，這個NAT的外網地址是155.99.25.11，首先NAT會改變這個數據包的原IP地址，改為155.99.25.11。並分配一個端口（如62000）給Client A，把數據包的原端口號改為62000。所以本來是（10.0.0.2:1234->18.181.0.31:1235）的數據包到了互聯網上變為了（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235），如圖5-4左圖所示。NAT會記住62000端口對應的是10.0.0.2的1234端口，以后從外網服務器18.181.0.31發送到62000端口的數據會被NAT自動的改變目的IP和端口號，然后轉發到10.0.0.2上（如圖5-4右圖所示）
錐型NAT與對稱型NAT 
NAPT又分為錐型（Cone）和對稱型（Symmetric），如圖5-5所示，它們的區別在於，在NAT已分配端口號給Client A的情況下，如果Client A繼續用1235端口與另一外網服務器通訊，錐型NAT還會繼續用原來62000端口，即所分配的端口號不變。而對於對等型NAT，NAT將會分配另一端口號（如62001）給Client A的1235端口。也就是說，同一內網主機同一端口號，對於錐型NAT，無論與哪一外網主機通訊，都不改變所分配的端口號；而對於對等型NAT，同一內網主機同一端口號，每一次與不同的外網主機通訊，就重新分配另一個端口號。
完全錐型NAT、受限制錐型NAT與端口受限制型NAT
錐型NAT可另外分類為完全錐形（Full Cone）NAT，受限制錐形（Restricted Cone）NAT，端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT。
①完全錐形（Full Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連接過外網主機C后，NAT會打開一個端口。然后外網的任何發到這個打開的端口的UDP數據報都可以到達A，不管是不是C發過來的[12]。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何發送到NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
②受限制錐形（Restricted Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連接過外網的主機C后，NAT打開一個端口。然后C可以用任何端口和A通信，但其他的外網主機不可以。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何從C發送到NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
③端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連接過外網的主機C后，NAT打開一個端口。然后C只能用原來的端口和A通信，其他的外網主機不可以。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
只有C(202.88.88.88:2000)發送到 NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
NAT產生的問題
NAT很好地解決了地址緊缺的問題，屏蔽了內部網絡，但也帶來一些問題。內網的主機向外連接是很容易的（NAT相當於透明的，內網的和外網的主機均不用知道NAT的情況）。但如果外部的計算機想訪問子網內的計算機就比較困難了，這可以使內網主機先發起連接從而解決問題。但是如果兩台主機都分別位於兩不同NAT后面時，兩台主機無法通信。當分別位於兩不同NAT（NAT A，NAT B）后面的兩台主機A和B欲進行通訊時，若主機B主動發起連接，它該連哪個地址呢？第一種情況：試圖直接連到主機A的內網私有地址（10.0.0.2:1234）肯定會失敗，因為10.0.0.2根本就不是一個可以在公網上路由的IP地址；第二種情況，試圖直接連到B的NAT公有地址（155.99.25.11:62000），NAT A會拒絕這個數據包，因為這個端口並無綁定內網主機的某個端口，或即使有所綁定，但這個端口所綁定的外網地址和端口並不是B的地址和端口。若A主動連接B，結果一樣。
有兩種方法解決這個問題。方法一：通過服務器，服務器作為中間人，轉發主機間的數據。但若用戶數量到達一定數目時，這方法浪費帶寬且給服務器帶來很大壓力，所以方法不可行。方法二，還是通過服務器，但服務器只充當“介紹人”，不轉發主機間的數據，具體請看下面的“UDP打孔技術” （UDP hole punching）
穿透NAT——UDP打孔技術
所謂的“打孔技術”，就是在內網的NAT設備上打上一個“孔”（也就是在NAT上建立一個會話，綁定地址和端口號），這個孔不能由外部來打，只能由內網內的主機來打。而且這個孔可能是有方向的，比如從內部某台主機（比如：192.168.0.10）向外部的某個IP(比如：219.237.60.1)發送一個UDP包，那么就在這個內網的NAT設備上打了一個方向為219.237.60.1的“孔”，以后219.237.60.1就可以通過這個孔與內網的192.168.0.10聯系了[13]。
下面就根據NAT的各種類型詳細解析如何“打孔”，如何穿透NAT。
1．完全錐形（Full Cone）NAT
處於不同內網的主機A和主機B，各自先連接服務器，從而在各自NAT設備上打開了一個“孔”，服務器收到主機A和主機B的連接后，知道A與B的公網地址和NAT分配給它們的端口號，然后把這些NAT地址與端口號告訴A與B，由於在完全錐形NAT的特點，A和B給服務器所打開的“孔”，能給別的任何的主機使用。故A與B可連接對方的公網地址和端口直接進行通信。服務器在這里充當“介紹人”，告訴A與B對方的地址和端口號。
2．受限制錐形（Restricted Cone）NAT
A和B還是要先連接服務器，服務器發送A和B的地址和端口信息給A和B，但由於受限制錐形NAT的特點，他們所打開的“孔”，只能與服務器通信。要使他們可以直接通信，解決辦法如下：
假如主機A開始發送一個UDP信息到主機B的公網地址上，與此同時，它又通過服務器中轉發送了一個邀請信息給主機B，請求主機B也給主機A發送一個UDP信息到主機A的公網地址上。這時主機A向主機B的公網IP發送的信息導致NAT A打開一個處於主機A的和主機B之間的會話，與此同時，NAT B也打開了一個處於主機B和主機A的會話。一旦這個新的UDP會話各自向對方打開了，主機A和主機B之間就可以直接通信了[14]。
3．端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT
對於該類型的NAT，解決辦法跟上面的方法一樣。
4．對稱型（Symmetric）NAT
對稱型NAT，對於不同的外網主機地址，它都會分配不同的端口號，所以進行UDP打孔比較困難，但也可以進行端口預測打孔，不過不能保證成功。
以上的穿透NAT，是對NAPT來進行穿透，主要是針對UDP協議。TCP協議也有可能，但是可行性非常小，要求更高。並且，語音視頻通信是用UDP傳輸的，故針對TCP的NAT穿透在這里不作討論。基礎NAT不修改經過的數據包的端口號，它們可以看作是完全錐形NAT的精簡版本，即基礎NAT也可以被穿透。NAT設備將在一定時間后關閉UDP的一個映射，所以為了保持與服務器能夠一直通信，服務器或客戶端必須要周期性地發送UDP包，保持映射不被關閉。
目前比較常用的NAT類型是完全錐型NAT
如圖6-7所示，步驟如下：
①客戶端A發UDP數據報經NAT A，把數據發送到服務器。NAT A分配端口給客戶端A。服務器接收到信息后，把客戶端A經NAT A后的地址及端口信息記錄下來。
②客戶端B發UDP數據報經NAT B，把數據發送到服務器。NAT B分配端口給客戶端B。服務器接收到信息后，把客戶端B經NAT B后的地址及端口信息記錄下來。
③ 服務器把客戶端B的地址及端口信息發送給客戶端A，把客戶端A的地址及端口信息發送給客戶端B，客戶端A、B就可以通過所獲得的對方的地址及端口號進行通信了。