1. Перфорация NATов:
UDP-pounchingTCP-pounching (SYN-TCP)
Для координации нужен третий узел-посредник, а дальше уже напрямую.
2. IPv6:
Можно эмулировать в IPv4 сервисами Teredo (в Windows) или Miredo (в Linux).
3. Специальные протоколы для роутеров и не только. Гуглить по словам:
IGD (UPnP), NAT-PMP (в рамках Bonjour), STUN, NAT-T (IKE), TURN, RSIP, MIDCOM, ICE, SBC, ALG, ICM (расширение к STUN+TURN).