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上篇文章「什么我們家的 IP 都是 192.168 開頭的？」提到因?yàn)?IPv4 地址有限，最大 42 億個。為了更好的利用有限的 IP 數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)廣域網(wǎng)，將 IP 分為了私有 IP 和公網(wǎng) IP，一個局域里的 N 多臺機(jī)器都可共用一個公 IP，從而大大增加了 "可用 IP 數(shù)量"。收發(fā)數(shù)據(jù)就像發(fā)快遞當(dāng)我需要發(fā)送網(wǎng)包的時候， IP 層，需要填入源 IP 地址，和目的 IP 地址，也就是對應(yīng)快遞發(fā)貨地址和貨地址。IP 報頭里含有發(fā)送和接收 IP 地址但是我們家里局域網(wǎng)內(nèi)，本上都用 192.168.xx.xx 這樣的私有 IP。如果我們在發(fā)送絡(luò)包的時候這么填。對在回數(shù)據(jù)包時候該怎么？畢竟千家戶人用的都 192.168.0.1，網(wǎng)絡(luò)怎么道該發(fā)給誰所以肯定需將這個 192.168.xx 私有 IP 轉(zhuǎn)換成公有 IP。因此在上篇章最后，留這么個問題局域網(wǎng)內(nèi)用是私有 IP，公網(wǎng)用的是公有 IP。一個局域里的私有 IP 想訪問局域網(wǎng)外的公 IP，必然要做個 IP 轉(zhuǎn)換，這是在哪里做的換呢？私有 IP 和公有 IP 在哪進(jìn)行轉(zhuǎn)換答是 NAT 設(shè)備，全稱 Network?Address?Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換。本上家用路器都支持這能。我們來下它是怎么作的。NAT 的工作原理為了簡單，們假設(shè)你很，你家里分了一個公網(wǎng) IP 地址?20.20.20.20，對應(yīng)配到了家自帶 NAT 功能的家用路由器上你家里需要網(wǎng)的設(shè)備有多，比如你手機(jī)，電腦需要上網(wǎng)，們構(gòu)成了一局域網(wǎng)，用都是私有 IP，比如 192.168.xx。其中你在電腦上行 ifconfig 命令，發(fā)現(xiàn)家的電腦 IP 是 192.168.30.5。你要訪問的公網(wǎng) IP 地址是 30.30.30.30。于是就有面這樣一張內(nèi)網(wǎng) IP 訪問公網(wǎng) IP當(dāng)你準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的候，你的電內(nèi)核協(xié)議棧會構(gòu)造一個 IP 數(shù)據(jù)包。這個 IP 數(shù)據(jù)包報頭里的發(fā)送端 IP 地址填的就是 192.168.30.5，接收端 IP 地址就是 30.30.30.30。將數(shù)據(jù)包發(fā)到 NAT 路由器中。此時 NAT 路由器會將 IP 數(shù)據(jù)包里的源 IP 地址修改一下私有 IP 地址 192.168.30.5 改寫為公網(wǎng) IP 地址 20.20.20.20，這叫 SNAT（Source?Network?Address?Translation，源地址轉(zhuǎn)換）并且還會在 NAT 路由器內(nèi)部留下條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 的映射記錄這個信息會后面用到。后 IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過公里各個路由的轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)了接收端 30.30.30.30，到這里發(fā)送流結(jié)束。SNAT如果接收端處理完數(shù)據(jù)，需要發(fā)一響應(yīng)給你的腦，那就需將發(fā)送端 IP 地址填上自己的 30.30.30.30，將接收端地址填你的公網(wǎng) IP 地址 20.20.20.20，發(fā)往 NAT 路由器。NAT 路由器收到公網(wǎng)來的息之后，會查下自己之留下的映射息，發(fā)現(xiàn)之留下了這么條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 記錄，就會這個數(shù)據(jù)包目的 IP 地址修改一，變成內(nèi)網(wǎng) IP 地址 192.168.30.5, 這也叫 DNAT（Destination?Network?Address?Translation，目的地址轉(zhuǎn)換）。后將其轉(zhuǎn)發(fā)你的電腦上DNAT整個過程下來，NAT 悄悄的改了 IP 數(shù)據(jù)包的發(fā)和接收端 IP 地址，但對真正的發(fā)方和接收方說，他們卻這件事情，無所知。這是 NAT 的工作原理NAPT 的原理到這里相信大家都一個很大的問。局域網(wǎng)并不只有一機(jī)器，局域內(nèi) 每臺機(jī)器都在 NAT 下留下的映射信息都會?192.168.xx.xx -> 20.20.20.20，發(fā)送消息是啥事，但接消息的時候不知道該回誰了。NAT 的問題這問題相當(dāng)致命因此實(shí)際上部分時候不使用普通的 NAT。那怎么辦呢？問出在我們沒法區(qū)分內(nèi)網(wǎng)的多個網(wǎng)絡(luò)接。于是乎我們可以加其他信息去分內(nèi)網(wǎng)里的個網(wǎng)絡(luò)連接很自然就能到端口。但 IP 數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡(luò)層）身是沒有端信息的。常的傳輸層協(xié) TCP 和 UDP 數(shù)據(jù)報文里才端口的信息TCP 報頭有端口號UDP 報頭也有端口號于是程就變成了面這樣子。你準(zhǔn)備發(fā)送據(jù)包的時候你的電腦內(nèi)協(xié)議棧就會構(gòu)造一個 TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)報頭，里面入端口號，如發(fā)送端口 5000，接收端口是 3000，然后在這個基上，加入 IP 數(shù)據(jù)報頭，填入發(fā)送和接收端的 IP 地址。那數(shù)據(jù)包長樣。數(shù)據(jù)包構(gòu)成假設(shè)，送端 IP 地址填的就 192.168.30.5，接收端 IP 地址就是 30.30.30.30。將數(shù)據(jù)包發(fā)到 NAT 路由器中。此時 NAT 路由器會將 IP 數(shù)據(jù)包里的源 IP 地址和端口號修改一，從 192.168.30.5:5000 改寫成 20.20.20.20:6000。并且還會在 NAT 路由器內(nèi)部留下條?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的映射記錄。之數(shù)據(jù)包經(jīng)過網(wǎng)里各個路器的轉(zhuǎn)發(fā)，到了接收端 30.30.30.30:3000，到這里發(fā)送流結(jié)束。NAPT 發(fā)送數(shù)據(jù)接收端響應(yīng)，就會在數(shù)包里填入發(fā)端地址是 30.30.30.30:3000，將接收端是 20.20.20.20:6000，發(fā)往 NAT 路由器。NAT 路由器發(fā)現(xiàn)自己之前留過這么一?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的記錄，就會將這個據(jù)包的目的 IP 地址和端口修改一，變回原來 192.168.30.5:5000。之后將其發(fā)給你的電上。NAPT 接收數(shù)據(jù)如果局域網(wǎng)內(nèi)多個設(shè)備，們就會映射不同的公網(wǎng)口上，畢竟口最大可達(dá) 65535，完全夠用。樣大家都可相安無事。這種同時轉(zhuǎn) IP 和端口的技術(shù)，是 NAPT（Network Address Port Transfer ,?網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)?）。看到這，問題就來。那這么說有用到端口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議才被 NAT 識別出來并發(fā)？但這怎解釋 ping 命令？ping 基于 ICMP 協(xié)議，而 ICMP 協(xié)議報文里并不端口信息。依然可以正的 ping 通公網(wǎng)機(jī)器并收到回鮮山ping 報頭事實(shí)上針 ICMP 協(xié)議，NAT 路由器做了特殊處理。ping 報文頭里有個 Identifier 的信息，它其實(shí)的是放出 ping 命令的進(jìn)程 id。對 NAT 路由器來說，這個 Identifier 的作用就跟端口一。另外，當(dāng)們?nèi)プグ?候，就會發(fā)有兩個 Identifier，一個后面帶個 BE（Big Endian），另一個帶 LE（Little Endian）。其實(shí)他們是同一個數(shù)，只不過大端不同，讀來的值不一。就好像同的數(shù)字 345，反著讀就成了 543。這是為了容不同操作統(tǒng)（比如 linux 和 Windows）下大小端不同的?魚。1667783441963內(nèi)網(wǎng)穿透是什么看巴國里，我們大也發(fā)現(xiàn)了。用了 NAT 上網(wǎng)的話，前提得內(nèi)網(wǎng)器主動請求網(wǎng) IP，這樣 NAT 才能將內(nèi)網(wǎng) IP 端口轉(zhuǎn)成外網(wǎng) IP 端口。反過來公網(wǎng)的器想主動請內(nèi)網(wǎng)機(jī)器，會被攔在 NAT 路由器上，此時由 NAT 路由器并沒有何相關(guān)的 IP 端口的映射記錄，蠱雕也就不會轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)給內(nèi)網(wǎng)的任何一臺器。舉個現(xiàn)中的場景就，你在你家的電腦上啟了一個 HTTP 服務(wù)，地址是 192.168.30.5:5000，此時你在公司辦室里想通過機(jī)去訪問一，卻發(fā)現(xiàn)訪不了。那問就來了，有有辦法讓外機(jī)器訪問到網(wǎng)的服務(wù)？。大家應(yīng)該過一句話叫" 沒有什么是加中間層能解決的，果有，那就加一層 "。放在這里，然適用。說底，因?yàn)?NAT 的存在，我們只能內(nèi)網(wǎng)主動發(fā)連接，否則 NAT 設(shè)備不會記錄相的映射關(guān)系沒有映射關(guān)也就不能轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。所以們就在公網(wǎng)加一臺服務(wù) x，并暴露一個訪問域，再讓內(nèi)網(wǎng)服務(wù)主動連服務(wù)器 x，這樣 NAT 路由器上就有對應(yīng)的映關(guān)系。接著所有人都去問服務(wù)器 x，服務(wù)器 x 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)網(wǎng)機(jī)器再原路返回應(yīng)，這樣數(shù)就都通了。就是所謂的網(wǎng)穿透。像面提到的服器 x，你也不需要自己搭，已經(jīng)有多現(xiàn)成的方，花錢就完了，比如花殼。內(nèi)網(wǎng)穿到這里，我就可以回答章標(biāo)題的問。為什么我公司里訪問了家里的電？那是因?yàn)?里的電腦在域網(wǎng)內(nèi)，局網(wǎng)和廣域網(wǎng)間有個 NAT 路由器。由于 NAT 路由器的存在，外網(wǎng)儀禮無法主動連局域網(wǎng)內(nèi)的腦。兩個內(nèi)的聊天軟件何建立通訊了，問題就來了。我家子是在我們區(qū)的局域網(wǎng)，班花家的子也是在她小區(qū)的局域里。都在局網(wǎng)里，且 NAT 只能從內(nèi)網(wǎng)連到外，那我電腦登錄的 QQ 是怎么和班花電腦里的 QQ 連上的呢？兩個局網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)法直接連通面這個問法實(shí)是存在個解，誤以為個 qq 客戶端應(yīng)用是接建立連接。然而實(shí)際并不是，兩 qq 客戶端之間還隔一個服務(wù)器聊天軟件會動與公網(wǎng)服器建立連接就是說，兩在內(nèi)網(wǎng)的客端登錄 qq 時都會主動向公網(wǎng)的聊服務(wù)器建立接，這時兩的 NAT 路由器中都記錄有相應(yīng)映射關(guān)系。在其中一個 qq 上發(fā)送消息時，數(shù)會先到服務(wù)，再通過服器轉(zhuǎn)發(fā)到另一個客戶端。反過來也樣，通過這方式讓兩臺網(wǎng)的機(jī)子進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸。個內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)如何直接建連接上面的況，是兩個戶端通過第方服務(wù)器進(jìn)通訊，但有場景就是要開第三端，接進(jìn)行兩端信，比如 P2P 下載，這種該怎么呢？這種情下，其實(shí)也是離不開第方服務(wù)器的助。假設(shè)還 A 和 B 兩個局域網(wǎng)內(nèi)的機(jī)子，A 內(nèi)網(wǎng)對應(yīng)的 NAT 設(shè)備叫 NAT_A，B 內(nèi)網(wǎng)里的 NAT 設(shè)備叫 NAT_B，和一個第三服務(wù)器 server。流程如下。step1 和 2: A 主動去連 server，此時 A 對應(yīng)的 NAT_A 就會留下 A 的內(nèi)網(wǎng)地址和外網(wǎng)址的映射關(guān)，server 也拿到了 A 對應(yīng)的外網(wǎng) IP 地址和端口step3 和 4: B 的操作和 A 一樣，主動連第三方 server，NAT_B 內(nèi)留下 B 的內(nèi)網(wǎng)地址和外網(wǎng)地址映射關(guān)系，后 server 也拿到了 B 對應(yīng)的外網(wǎng) IP 地址和端口。step5 和 step6 以及 step7: 重點(diǎn)來了。此時 server 發(fā)消息給 A，讓 A 主動發(fā) UDP 消息到 B 的外網(wǎng) IP 地址和端口此時 NAT_B 收到這個 A 的 UDP 數(shù)據(jù)包時，這時根據(jù) NAT_B 的設(shè)置不同，導(dǎo)致時候有可能 NAT_B 能直接轉(zhuǎn)發(fā)據(jù)到 B，那此時 A 和 B 就通了。但也有可不通，直接包，不過丟沒關(guān)系，這操作的目的給 NAT_A 上留下有關(guān) B 的映射關(guān)系。step8 和 step9 以及 step10: 跟 step5 一樣熟悉的配方，此貍力 server 再發(fā)消息給 B，讓 B 主動發(fā) UDP 消息到 A 的外網(wǎng) IP 地址和端口。NAT_B 上也留下了關(guān)于 A 到映射關(guān)系，這時鵸余于之前 NAT_A 上有過關(guān)于 B 的映射關(guān)系此時 NAT_A 就能正常接受 B 的數(shù)據(jù)包，將其轉(zhuǎn)發(fā)給 A。到這里 A 和 B 就能正常進(jìn)數(shù)據(jù)通信了這就是所謂 NAT 打洞。step11: 注意，之前我們是用的 UDP 數(shù)據(jù)包，目的只是為在兩個局域的 NAT 上打個洞出，實(shí)際上大分應(yīng)用用的是 TCP 連接，所以這時候我們需要在 A 主動向 B 發(fā)起 TCP 連接。到此，我們就完了兩端之間通信。NAT 打洞這里估計大家會有惑。端口已被 udp 用過了，TCP 再用，那豈不是端口復(fù)占用（address already in use）？其實(shí)并不會，涹山重復(fù)占用的錯常見于兩 TCP 連接在不使用 SO_REUSEADDR 的情況下，重復(fù)使用了個 IP 端口。而 UDP 和 TCP 之間卻不會報這個彘之所以會有個錯，主要因?yàn)樵谝粋€ linux 內(nèi)核中，內(nèi)收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)時，會通過元組（傳輸議，源 IP，目的 IP，源端口，的端口）去一確定數(shù)據(jù)受者。當(dāng)五組都一模一的時候，內(nèi)就不知道該數(shù)據(jù)發(fā)給誰而 UDP 和 TCP 之間 "傳輸協(xié)議" 不同，因此五元也不同，所也就不會有面的問題。元組NAPT 還分為好多種類型，上的 nat 打洞方案，能成功嗎？于 NAPT，確實(shí)還細(xì)為好幾種類，比如完全形 NAT 和限制型 NAT 啥的，但這并不是文的重點(diǎn)。以我就略過。我們現(xiàn)在見的都是錐 NAT。上面的打洞方適用于大部場景，這其包括限制最的端口受限形 NAT。1668247032737總結(jié)?IPV4 地址有限，但通過 NAT 路由器，可以使整個內(nèi)網(wǎng) N 多臺機(jī)器，對外只使用個公網(wǎng) IP，大大節(jié)省 IP 資源。??內(nèi)網(wǎng)子主動連接網(wǎng) IP，中間的 NAT 會將內(nèi)網(wǎng)機(jī)子的內(nèi)網(wǎng) IP 轉(zhuǎn)換為公網(wǎng) IP，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)互。??普的 NAT 技術(shù)，只會改網(wǎng)絡(luò)包中發(fā)送端和接端 IP 地址，當(dāng)內(nèi)網(wǎng)備較多時，有可能導(dǎo)致突。因此一都會使用 NAPT 技術(shù)，同時修改送端和接收的 IP 地址和端口。?由于 NAT 的存在，公網(wǎng) IP 是無法訪問網(wǎng)服務(wù)的，通過內(nèi)網(wǎng)穿技術(shù)，就可讓公網(wǎng) IP 訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)。一波操下來，就可在公司的網(wǎng)里訪問家里電腦。最后個問題，有 NAT 之后，原本并富裕的 IPv4 地址突然就變得非夠用了。那們?yōu)槭裁催€要 IPv6？另外 IPv6 號稱地址多到每粒子都能擁有己的 IP 地址，那我還需要 NAT 嗎？本文來自微信公號：小白 debug （ID：xiaobaidebug），作者：小?