上篇文章為什么我家里的 IP 都是 192.168 開頭的？」提，因為 IPv4 地址有限，大 42 億個。為更好的利這有限的 IP 數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)分局域網(wǎng)和域網(wǎng)，將 IP 分為了私有 IP 和公網(wǎng) IP，一個局域網(wǎng)的 N 多臺機(jī)器都以共用一公網(wǎng) IP，從而大增加了 "可用 IP 數(shù)量"。收發(fā)數(shù)據(jù)像收發(fā)快當(dāng)我們需發(fā)送網(wǎng)絡(luò)的時候， IP 層，需要填源 IP 地址，和的 IP 地址，也是對應(yīng)快的發(fā)貨地和收貨地。IP 報頭里含有送和接收 IP 地址但是我們里的局域內(nèi)，基本都用 192.168.xx.xx 這樣的私有 IP。如果我在發(fā)送網(wǎng)包的時候這么填。方在回數(shù)包的時候怎么回？竟千家萬人用的都 192.168.0.1，網(wǎng)絡(luò)怎么知道發(fā)給誰？以肯定需將這個 192.168.xx 私有 IP 轉(zhuǎn)換成公有 IP。因此在上文章最后留了這么問題。局網(wǎng)內(nèi)用的私有 IP，公網(wǎng)用都是公有 IP。一個局域網(wǎng)里私有 IP 想訪問局域網(wǎng)外的有 IP，必然要做 IP 轉(zhuǎn)換，這是哪里做的換呢？私 IP 和公有 IP 在哪進(jìn)行轉(zhuǎn)換答案 NAT 設(shè)備，全 Network?Address?Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)?；旧?用路由器支持這功。我們來下它是怎工作的。NAT 的工作原理為簡單，我假設(shè)你很，你家里到了一個網(wǎng) IP 地址?20.20.20.20，對應(yīng)配到你家自帶 NAT 功能的家用由器上，家里需要網(wǎng)的設(shè)備很多，比你的手機(jī)電腦都需上網(wǎng)，他構(gòu)成了一局域網(wǎng)，的都是私 IP，比如 192.168.xx。其中你在電腦執(zhí)行 ifconfig 命令，發(fā)現(xiàn)家里電腦 IP 是 192.168.30.5。你要訪的公網(wǎng) IP 地址是 30.30.30.30。于是就有下面樣一張圖網(wǎng) IP 訪問公網(wǎng) IP當(dāng)你準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)包的時候你的電腦核協(xié)議棧會構(gòu)造一 IP 數(shù)據(jù)包。這 IP 數(shù)據(jù)包報頭的發(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 NAT 路由器會 IP 數(shù)據(jù)包里的 IP 地址修改一，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)）。并且會在 NAT 路由器內(nèi)部留下條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 的映射記，這個信會在后面到。之后 IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過公里各個路器的轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)到了接端 30.30.30.30，到這里發(fā)送程結(jié)束。SNAT如果接收端處完數(shù)據(jù)了需要發(fā)一響應(yīng)給你電腦，那需要將發(fā)端 IP 地址填上己的 30.30.30.30，將接收端址填為你公網(wǎng) IP 地址 20.20.20.20，發(fā)往 NAT 路由器。NAT 路由器收到公網(wǎng)來消息之后會檢查下己之前留的映射信，發(fā)現(xiàn)之留下了這一條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 記錄，就會將這個據(jù)包的目 IP 地址修改一，變成內(nèi) IP 地址 192.168.30.5, 這也叫 DNAT（Destination?Network?Address?Translation，目的地址換）。之將其轉(zhuǎn)發(fā)你的電腦。DNAT整個過程來，NAT 悄悄的改了 IP 數(shù)據(jù)包的送和接收 IP 地址，但對正的發(fā)送和接收方說，他們對這件事，一無所。這就是 NAT 的工作原理NAPT 的原理到里，相信家都有一很大的疑。局域網(wǎng)并不只有臺機(jī)器，域網(wǎng)內(nèi) 每臺機(jī)器都 NAT 下留下的射信息都是?192.168.xx.xx -> 20.20.20.20，發(fā)送消是沒啥事但接收消的時候就知道該回誰了。NAT 的問題這問題相致命，因實際上大分時候不使用普通 NAT。那怎么辦？問題出我們沒辦區(qū)分內(nèi)網(wǎng)的多個網(wǎng)連接。于乎。我們以加入其信息去區(qū)內(nèi)網(wǎng)里的個網(wǎng)絡(luò)連，很自然能想到端。但 IP 數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡(luò)層）身是沒有口信息的常見的傳層協(xié)議 TCP 和 UDP 數(shù)據(jù)報文里有端口的息。TCP 報頭有端口號UDP 報頭也有端口號于流程就變了下面這子。當(dāng)你備發(fā)送數(shù)包的時候你的電腦核協(xié)議棧會先構(gòu)造個 TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)報頭，里寫入端口，比如發(fā)端口是 5000，接收端口是 3000，然后在這基礎(chǔ)上，入 IP 數(shù)據(jù)報頭填入發(fā)送和接收端 IP 地址。那數(shù)包長這樣數(shù)據(jù)包的成假設(shè)，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 地址和端口號修一下，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)部下一條?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的映射記錄。之數(shù)據(jù)包經(jīng)公網(wǎng)里各路由器的發(fā)，發(fā)到接收端 30.30.30.30:3000，到這里送流程結(jié)。NAPT 發(fā)送數(shù)據(jù)接收端響時，就會數(shù)據(jù)包里入發(fā)送端址是 30.30.30.30:3000，將接收端 20.20.20.20:6000，發(fā)往 NAT 路由器。NAT 路由器發(fā)現(xiàn)下己之前留過這么一?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的記錄，就將這個數(shù)包的目的 IP 地址和端口修一下，變原來的 192.168.30.5:5000。之后將其轉(zhuǎn)發(fā)給的電腦上NAPT 接收數(shù)據(jù)果局域網(wǎng)有多個設(shè)，他們就映射到不的公網(wǎng)端上，畢竟口最大可 65535，完全夠用。這樣家都可以安無事。這種同時換 IP 和端口的術(shù)，就是 NAPT（Network Address Port Transfer ,?網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)?）?？?這里，問就來了。這么說只用到端口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議能被 NAT 識別出來并轉(zhuǎn)發(fā)但這怎么釋 ping 命令？ping 基于 ICMP 協(xié)議，而 ICMP 協(xié)議報文里并帶端口信。我依然以正常的 ping 通公網(wǎng)機(jī)并收到回。ping 報頭事實上針對 ICMP 協(xié)議，NAT 路由器做了特殊處。ping 報文頭里有個 Identifier 的信息，它實指的是出 ping 命令的進(jìn)程 id。對 NAT 路由器來說，這 Identifier 的作用就跟端口樣。另外當(dāng)我們?nèi)?包的時候就會發(fā)現(xiàn)兩個 Identifier，一個后面帶 BE（Big Endian），另一個個 LE（Little Endian）。其實他們是同一個值，只不大小端不，讀出來值不一樣就好像同的數(shù)字 345，反著讀就成了 543。這是為了兼不同操作統(tǒng)（比如 linux 和 Windows）下大小不同的情。1667783441963內(nèi)網(wǎng)穿透是么看到這，我們大也發(fā)現(xiàn)了使用了 NAT 上網(wǎng)的話，前得內(nèi)網(wǎng)機(jī)主動請求網(wǎng) IP，這樣 NAT 才能將內(nèi)網(wǎng)的 IP 端口轉(zhuǎn)成外網(wǎng) IP 端口。反過來公的機(jī)器想動請求內(nèi)機(jī)器，就被攔在 NAT 路由器上，此由于 NAT 路由器并沒有任相關(guān)的 IP 端口的映射記錄因此也就會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)給內(nèi)網(wǎng)里任何一臺器。舉個實中的場就是，你你家里的腦上啟動一個 HTTP 服務(wù)，地址是 192.168.30.5:5000，此時你在公司公室里想過手機(jī)去問一下，發(fā)現(xiàn)訪問了。那問就來了，沒有辦法外網(wǎng)機(jī)器問到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)？有大家應(yīng)該過一句話，" 沒有什么是加間層不能決的，如有，那就加一層 "。放在這，依然適。說到底因為 NAT 的存在，我們只從內(nèi)網(wǎng)主發(fā)起連接否則 NAT 設(shè)備不會記錄相的映射關(guān)，沒有映關(guān)系也就能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)。所以我就在公網(wǎng)加一臺服器 x，并暴露一個問域名，讓內(nèi)網(wǎng)的務(wù)主動連服務(wù)器 x，這樣 NAT 路由器上就有應(yīng)的映射系。接著所有人都訪問服務(wù) x，服務(wù)器 x 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)網(wǎng)機(jī)器再原路返響應(yīng)，這數(shù)據(jù)就都了。這就所謂的內(nèi)穿透。像面提到的務(wù)器 x，你也不需自己去搭已經(jīng)有很現(xiàn)成的方，花錢就事了，比花某殼。網(wǎng)穿透到里，我們可以回答章標(biāo)題的題。為什我在公司訪問不了里的電腦那是因為里的電腦局域網(wǎng)內(nèi)局域網(wǎng)和域網(wǎng)之間個 NAT 路由器。由于 NAT 路由器的存在，網(wǎng)服務(wù)無主動連通域網(wǎng)內(nèi)的腦。兩個網(wǎng)的聊天件如何建通訊好了問題就叒了。我家子是在我小區(qū)的局網(wǎng)里，班家的機(jī)子是在她們區(qū)的局域里。都在域網(wǎng)里， NAT 只能從內(nèi)連到外網(wǎng)那我電腦登錄的 QQ 是怎么和班花電里的 QQ 連上的呢？兩個局網(wǎng)內(nèi)的服無法直接通上面這問法其實存在個誤，誤以為個 qq 客戶端應(yīng)是直接建連接的。而實際上不是，兩 qq 客戶端之間隔了一個務(wù)器。聊軟件會主與公網(wǎng)服器建立連也就是說兩個在內(nèi)的客戶端錄 qq 時都會主向公網(wǎng)的天服務(wù)器立連接，時兩方的 NAT 路由器中都記錄有相的映射關(guān)。當(dāng)在其一個 qq 上發(fā)送消息時，數(shù)會先到服器，再通服務(wù)器轉(zhuǎn)到另外一客戶端上反過來也樣，通過個方式讓臺內(nèi)網(wǎng)的子進(jìn)行數(shù)傳輸。兩內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)如何直接立連接上的情況，兩個客戶通過第三服務(wù)器進(jìn)通訊，但些場景就要拋開第端，直接行兩端通，比如 P2P 下載，這種該么辦呢？種情況下其實也還離不開第方服務(wù)器幫助。假還是 A 和 B 兩個局域網(wǎng)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，和一個第三方服器 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)址的映射系，server 也拿到了 A 對應(yīng)的外網(wǎng) IP 地址和端。step3 和 4: B 的操作和 A 一樣，主動連第三 server，NAT_B 內(nèi)留下 B 的內(nèi)網(wǎng)地和外網(wǎng)地的映射關(guān)，然后 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)致這時有可能 NAT_B 能直接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)到 B，那此時 A 和 B 就通了。但也有可不通，直丟包，不丟包沒關(guān)，這個操的目的是 NAT_A 上留下有關(guān) B 的映射關(guān)。step8 和 step9 以及 step10: 跟 step5 一樣熟悉的方，此時 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。NAT_B 上也留下了關(guān)于 A 到映射關(guān)系，這候由于之 NAT_A 上有過關(guān)于 B 的映射關(guān)，此時 NAT_A 就能正常受 B 的數(shù)據(jù)包，將其轉(zhuǎn)發(fā) A。到這里 A 和 B 就能正常進(jìn)行據(jù)通信了這就是所的 NAT 打洞。step11: 注意，之前我們是用的 UDP 數(shù)據(jù)包，目的是為了在個局域網(wǎng) NAT 上打個洞來，實際大部分應(yīng)用的都是 TCP 連接，所以這時候我還需要在 A 主動向 B 發(fā)起 TCP 連接。到，我們就成了兩端間的通信NAT 打洞這里估大家會有惑。端口經(jīng)被 udp 用過了，TCP 再用，那不是端口復(fù)占用（address already in use）？其實并不會，口重復(fù)占的報錯常于兩個 TCP 連接在不使用 SO_REUSEADDR 的情況下，重使用了某 IP 端口。而 UDP 和 TCP 之間卻不會這個錯。所以會有個錯，主是因為在個 linux 內(nèi)核中，內(nèi)核到網(wǎng)絡(luò)數(shù)時，會通五元組（輸協(xié)議， IP，目的 IP，源端口，的端口）唯一確定據(jù)接受者當(dāng)五元組一模一樣時候，內(nèi)就不知道把數(shù)據(jù)發(fā)誰。而 UDP 和 TCP 之間 "傳輸協(xié)議" 不同，因此元組也不，所以也不會有上的問題。元組NAPT 還分為好多種類，上面的 nat 打洞方案，能成功嗎關(guān)于 NAPT，確實還細(xì)分為幾種類型比如完全形 NAT 和限制型 NAT 啥的，但并不是本的重點。以我就略了。我們在常見的是錐形 NAT。上面的打洞方適用于大分場景，其中包括制最多的口受限錐 NAT。1668247032737總結(jié)?IPV4 地址有限，但通過 NAT 路由器，可使得整個網(wǎng) N 多臺機(jī)器，外只使用個公網(wǎng) IP，大大節(jié)省了 IP 資源。??內(nèi)網(wǎng)機(jī)主動連接網(wǎng) IP，中間的 NAT 會將內(nèi)網(wǎng)機(jī)子內(nèi)網(wǎng) IP 轉(zhuǎn)換為公網(wǎng) IP，從而實現(xiàn)網(wǎng)和外網(wǎng)數(shù)據(jù)交互??普通 NAT 技術(shù)，只修改網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)送和接收端 IP 地址，當(dāng)內(nèi)網(wǎng)備較多時將有可能致沖突。此一般都使用 NAPT 技術(shù)，同時修發(fā)送端和收端的 IP 地址和端口。?由于 NAT 的存在，公網(wǎng) IP 是無法訪問內(nèi)網(wǎng)務(wù)的，但過內(nèi)網(wǎng)穿技術(shù)，就以讓公網(wǎng) IP 訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)一波操作來，就可在公司的絡(luò)里訪問里的電腦最后留個題，有了 NAT 之后，原本不富裕的 IPv4 地址突然變得非常用了。那們?yōu)槭裁?需要 IPv6？另外 IPv6 號稱地址多到每粒子都能擁自己的 IP 地址，那我們還要 NAT 嗎？本文來自微信眾號：小 debug （ID：xiaobaidebug），作者：小