رفع مشکل Strict NAT و شبکه CGNAT در بازی‌های پلی‌استیشن، ایکس‌باکس و رایانه

کمتر مشکلی در بازی‌های آنلاین به اندازه پیام هشدار «NAT Type: Strict» یا «NAT Type 3» در کنسول‌های پلی‌استیشن ۵، ایکس‌باکس، نینتندو سوییچ یا رایانه آزاردهنده است. هنگام تلاش برای پیوستن به دوستان در عناوینی چون کال آو دیوتی، جی‌تی‌ای آنلاین یا مانستر هانتر، بازیکنان با عدم امکان اتصال به چت صوتی، معطلی طولانی در صف‌های پیدا کردن مسابقه و خطاهای مکرر در برقراری ارتباط نظیر به نظیر (P2P) مواجه می‌شوند.

تلاش برای فعال‌سازی قابلیت UPnP یا باز کردن دستی پورت‌ها (Port Forwarding) روی مودم خانگی معمولا تغییری ایجاد نمی‌کند و وضعیت شبکه همچنان محدود باقی می‌ماند. ریشه این مشکل در تجهیزات محلی منزل نیست، بلکه ناشی از پیاده‌سازی معماری ترجمه آدرس در سطح اپراتور (Carrier-Grade NAT یا به اختصار CGNAT) توسط ارائه‌دهندگان خدمات اینترنت است.

درک سازوکار پردازش بسته‌های UDP در شبکه‌های CGNAT نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با استفاده از تونل رمزگذاری‌شده وایرگارد در لایه سوم، نگاشت پورت‌ها را تثبیت کرد و به وضعیت Open NAT دست یافت.

چرا شبکه CGNAT ارتباط بازی‌های چندنفره را مختل می‌کند

برای پی بردن به علت بروز خطای Strict NAT، باید ساختار تخصیص آدرس‌های IPv4 توسط اپراتورها را بررسی کرد.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                       ساختار ترجمه نشانی اپراتور (CGNAT)                      |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  کنسول / رایانه               [ مودم وای‌فای خانگی ]                          |
|  آدرس محلی: 192.168.1.100 ->  آدرس پورت ون: 100.64.45.12 (زیرشبکه RFC 6598)   |
|                                         |                                     |
|                                         v                                     |
|                           [ دروازه CGNAT بالادستی اپراتور ]                   |
|                                         |                                     |
|     آدرس عمومی اشتراکی IPv4:            | (صدها خانوار با یک نشانی مشترک)     |
|     203.0.113.50:پورت_تصادفی            |                                     |
|                                         v                                     |
|     تخصیص پورت‌های متقارن:              |                                     |
|     ارتباط با سرور STUN  ---> پورت 42100                                      |
|     ارتباط با هم‌تیمی بازی ---> پورت 58310 (تغییر غیرقابل پیش‌بینی پورت!)      |
|                                         v                                     |
|                   [ شکست فرآیند اتصال مستقیم UDP Hole Punching ]              |
+-------------------------------------------------------------------------------+

۱. کمبود آدرس‌های IPv4 و استاندارد RFC 6598

موجودی آدرس‌های عمومی IPv4 در سراسر جهان سال‌هاست پایان یافته است. تا زمان پیاده‌سازی کامل پروتکل IPv6، شرکت‌های اینترنتی بر پایه استاندارد RFC 6598 از ساختار CGNAT استفاده می‌کنند. در این روش، به جای اختصاص نشانی عمومی اختصاصی، یک نشانی داخلی از محدوده رزروشده 100.64.0.0/10 به مودم مشترک تعلق می‌گیرد.

صدها کاربر خانگی اینترنت را از طریق یک آدرس عمومی مشترک دریافت می‌کنند. هرچند مرور وب و تماشای ویدیو با این روش مشکلی ندارد، اما ارتباطات همتا به همتا در بازی‌های ویدئویی آسیب می‌بیند.

۲. چهار دسته وضعیت NAT در بازی‌های آنلاین

نوع رفتار تجهیزات ترجمه آدرس با توجه به نحوه ثبت بسته‌های داده UDP تعریف می‌شود (RFC 4787):

• وضعیت Open NAT (نوع ۱ - Full Cone): تمامی درخواست‌های یک پورت داخلی همواره به یک پورت خارجی معین متصل می‌شوند. هر میزبانی در اینترنت می‌تواند داده‌ها را به این پورت بفرستد. جستجوی مسابقات و گفتگوی صوتی بدون مانع صورت می‌گیرد.
• وضعیت Moderate NAT (نوع ۲ - Restricted Cone): پورت خارجی ثابت است، اما بسته‌های ورودی تنها از سوی میزبان‌هایی پذیرفته می‌شوند که قبلا ارتباطی با آنها برقرار شده باشد.
• وضعیت Strict NAT (نوع ۳ - Symmetric NAT): برای هر مقصد جدید، یک پورت خارجی تازه و تصادفی اختصاص می‌یابد. بسته‌های ناشناس ورودی بی‌درنگ رد می‌شوند.

۳. بی‌اثر بودن باز کردن پورت‌ها در حضور CGNAT

راهکارهای عمومی معمولا باز کردن پورت UDP 3074 یا فعال‌سازی UPnP را پیشنهاد می‌کنند. این اقدام تنها زمانی کارساز است که مودم خانگی یک آدرس عمومی معتبر بر روی درگاه اینترنت خود داشته باشد.

در شبکه CGNAT، مودم شما در شرایط ترجمه مضاعف (Double-NAT) قرار دارد. تنظیمات باز کردن پورت در مودم محلی، تنها تا شبکه داخلی 100.64.x.x شرکت اینترنتی مسیر را باز می‌کند. از آنجا که دسترسی به تجهیزات مرکزی اپراتور وجود ندارد، بسته‌های ارسالی سایر بازیکنان امکان ورود به دستگاه بازی را پیدا نمی‌کنند.

۴. اختلال در شیوه سوراخ‌کاری UDP (پروتکل STUN)

بازی‌های آنلاین برای شناسایی پورت و آدرس عمومی خود از سرورهای STUN (RFC 5389) بهره می‌برند.

در ساختار متقارن CGNAT، پورتی که به سرور STUN اختصاص می‌یابد با پورتی که برای ارتباط با بازیکن دیگر ایجاد می‌شود متفاوت است. وقتی دو دستگاه برای ایجاد اتصال مستقیم بسته‌های UDP می‌فرستند، این بسته‌ها به پورت‌های مسدود روی گره مرکزی اپراتور برخورد کرده و متوقف می‌شوند.

نحوه تغییر وضعیت به Open NAT با تونل وایرگارد

برای بهره‌مندی از وضعیت Open یا Moderate NAT، دستگاه بازی نیازمند نقطه‌ای در شبکه است که ویژگی نگاشت مستقل پایانه (Endpoint-Independent Mapping) را ارائه دهد.

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                    ترمیم اتصال شبکه با تونل امن وایرگارد                      |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|  کنسول / رایانه       ---> [ موتور هسته L3 رایس‌گارد ]                        |
|                                         |                                     |
|     رمزنگاری پیشرفته ChaCha20-Poly1305  |                                     |
|     ارسال در قالب جریان یکپارچه UDP     |                                     |
|                                         v                                     |
|                         [ گره CGNAT ارائه‌دهنده اینترنت ]                     |
|                                         |                                     |
|     اپراتور تنها می‌بیند:               |                                     |
|     یک نشست خروجی رمزنگاری‌شده عادی     | (پورت‌های داخلی بازی دست‌نخورده می‌مانند) |
|                                         v                                     |
|                         [ سرور پایانه انی‌کست VPNRice ]                       |
|                                         |                                     |
|     تخصیص نشانی پایدار اینترنتی         |                                     |
|     نگاشت مستقل پورت‌ها (Full Cone)     |                                     |
|     تضمین موفقیت در اتصال مستقیم UDP    |                                     |
|                                         v                                     |
|                         [ بازیکنان همتا در سراسر دنیا ]                       |
|                         دستیابی پایدار به وضعیت Open NAT!                     |
+-------------------------------------------------------------------------------+

هدایت جریان داده از مسیر تونل شبکه WireGuard، ساختار پیوند را بهینه می‌سازد:

۱. عبور داده از لایه ترجمه مضاعف: داده‌های بازی درون بسته‌های امن UDP رمزگذاری‌شده با ساختار ChaCha20-Poly1305 جای می‌گیرند. تجهیزات اپراتور این جریان را به عنوان یک ارتباط عادی یک‌طرفه تشخیص می‌دهند و پورت‌های درون بسته بدون تغییر باقی می‌مانند. ۲. نگاشت سازگار در پایانه خروجی: سرورهای VPNRice داده‌ها را با استفاده از اصول نگاشت مستقل پورت (Full Cone) مدیریت می‌کنند. پورت به دست آمده از سرور STUN با پورتی که تبادل اطلاعات با دیگران را انجام می‌دهد کاملا همخوانی دارد. ۳. برقراری مطمئن اتصال مستقیم: پایداری پورت‌ها سبب می‌شود اتصال همتا به همتای UDP در اولین تلاش موفق شود. جریان بازی و کانال صوتی بدون قطعی به تبادل داده ادامه می‌دهند.

مراحل پیکربندی برای بهینه‌سازی ارتباط بازی

برای بررسی وضعیت خط اینترنت و فعال‌سازی شرایط مطلوب بازی، گام‌های زیر را به ترتیب انجام دهید:

گام ۱: شناسایی وضعیت خط از نظر CGNAT

وارد پنل مدیریت مودم خود شوید:

• بخش وضعیت WAN IP یا اطلاعات اینترنت را بررسی کنید.
• چنانچه آدرس با اعدادی میان 100.64.0.0 تا 100.127.255.255 شروع می‌شود یا متعلق به دامنه‌های خصوصی مانند 10.x.x.x است، خط شما تحت مدیریت CGNAT قرار دارد.
• این آدرس را با نشانی عمومی نمایش داده شده در سایت‌های بررسی آی‌پی مقایسه کنید؛ عدم تطابق آنها نشان‌دهنده حضور CGNAT است.

گام ۲: راه‌اندازی تونل شبکه

• در رایانه: برنامه VPNRice را اجرا کرده و به نزدیک‌ترین سرور متصل شوید. با استفاده از قابلیت تفکیک ترافیک (Split Tunneling)، مسیر ارتباطی کلاینت‌های استیم، اپیک گیمز و بتل‌نت را از تونل عبور دهید تا تاخیر شبکه پایین بماند.
• در کنسول‌های بازی: پیکربندی پروتکل را روی روتر منزل اعمال کنید یا اینترنت سیستم را از طریق کابل شبکه یا نقطه اتصال با کنسول به اشتراک بگذارید.

گام ۳: تنظیم پارامتر MTU برای تبادل بسته‌ها

شکسته شدن بسته‌ها در شبکه عامل بروز تاخیر و افت فریم در بازی است. مقدار پیش‌فرض MTU در کابل‌های شبکه ۱۵۰۰ بایت است، اما داده‌های امنیتی تونل مقداری فضا اشغال می‌کنند:

• مقدار MTU را روی رقم ۱۴۲۰ بایت تنظیم نمایید.
• این تنظیم مانع از تکه‌تکه شدن بسته‌های UDP شده و هماهنگی ارسال داده‌ها را حفظ می‌کند.

گام ۴: ارزیابی نوع NAT در دستگاه

• پلی‌استیشن ۵: مسیر Settings > Network > Connection Status > Test Internet Connection را باز کرده و تبدیل وضعیت به Type 2 را بررسی کنید.
• ایکس‌باکس: وارد Settings > General > Network settings شوید و تاییدیه NAT Type: Open را مشاهده نمایید.
• بازی‌های رایانه: با ورود به تنظیمات شبکه در منوی اصلی بازی، وضعیت اتصال را کنترل کنید.

جدول مقایسه کارایی در شرایط واقعی

آزمایش‌های تجربی روی اتصالات خانگی دارای CGNAT متقارن، نتایج زیر را نمایان ساخته است:

محدودیت‌های ناشی از CGNAT مانعی همیشگی برای لذت بردن از بازی‌های چندنفره نیستند. با استفاده از مسیرهای ارتباطی مدرن در لایه سوم، موانع اشتراک آدرس برطرف شده و تجربه‌ای باثبات در بازی‌های آنلاین فراهم می‌گردد.

دریافت VPNRice.