上篇文章為什么我家里的 IP 都是 192.168 開頭的？」提，因?yàn)?IPv4 地址有限，大 42 億個(gè)。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(gè)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(shí)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(bào)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(shí)候這么填。方在回?cái)?shù)包的時(shí)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(gè) 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(gè)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(gè)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(shí)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(bào)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(gè)信會在后面到。之后 IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過公里各個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)候就知道該回誰了。NAT 的問題這問題相致命，因實(shí)際上大分時(shí)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(gè)網(wǎng)連接。于乎。我們以加入其信息去區(qū)內(nèi)網(wǎng)里的個(gè)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(bào)文里有端口的息。TCP 報(bào)頭有端口號UDP 報(bào)頭也有端口號少鵹流程就變了下面這子。當(dāng)你備發(fā)送數(shù)包的時(shí)候你的電腦核協(xié)議棧會先構(gòu)造個(gè) TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)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(shí) 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)接收柢山響時(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)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)?）。看這里，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)狙如但這怎么釋 ping 命令？ping 基于 ICMP 協(xié)議，而 ICMP 協(xié)議報(bào)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(bào)頭事實(shí)上針對 ICMP 協(xié)議，NAT 路由器做了特殊處。ping 報(bào)文頭里有個(gè) Identifier 的信息，它實(shí)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(shí)候就會發(fā)現(xiàn)兩個(gè) Identifier，一個(gè)后面帶 BE（Big Endian），另一個(gè)個(gè) LE（Little Endian）。其實(shí)他們是同一個(gè)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(gè)實(shí)中的場就是，你你家里的腦上啟動一個(gè) HTTP 服務(wù)，地址是 192.168.30.5:5000，此時(shí)你在公人魚公室里想過手機(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?yàn)?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(gè)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?yàn)?里的電腦局域網(wǎng)內(nèi)局域網(wǎng)和域網(wǎng)之間個(gè) 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(gè)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(gè)局網(wǎng)內(nèi)的服無法直接通上面這問法其實(shí)存在個(gè)誤，誤以為個(gè) qq 客戶端應(yīng)是直接建連接的。而實(shí)際上不是，兩 qq 客戶端之間隔了一個(gè)務(wù)器。聊軟件會主與公網(wǎng)服器建立連也就是說兩個(gè)在內(nèi)的客戶端錄 qq 時(shí)都會主向公網(wǎng)的天服務(wù)器立連接，時(shí)兩方的 NAT 路由器中都記錄有相的映射關(guān)。當(dāng)在其一個(gè) qq 上發(fā)送消息時(shí)長右數(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(gè)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(gè)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(shí)也還離不開第方服務(wù)器幫助。假還是 A 和 B 兩個(gè)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(gè)第三方服器 server。流程如下。step1 和 2: A 主動去連 server，此時(shí) 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，主動連第左傳 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(diǎn)來了。此時(shí) 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(shí) NAT_B 收到這個(gè) A 的 UDP 數(shù)據(jù)包時(shí)，這時(shí)根據(jù) NAT_B 的設(shè)置不同導(dǎo)致這時(shí)有可能 NAT_B 能直接轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)到 B，那此時(shí) A 和 B 就通了。但也有沂山不通，直丟包，不丟包沒關(guān)，這個(gè)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(shí) 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(shí) 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(gè)局域網(wǎng) NAT 上打個(gè)洞來，實(shí)際大部分應(yīng)用的都是 TCP 連接，所以這時(shí)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(shí)并不會，口重復(fù)占的報(bào)錯(cuò)常于兩個(gè) 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(gè)錯(cuò)。所以會有個(gè)錯(cuò)，主是因?yàn)樵?個(gè) linux 內(nèi)核中，內(nèi)核到網(wǎng)絡(luò)數(shù)時(shí)，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(shí)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(shí)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(diǎn)。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(gè)網(wǎng) N 多臺機(jī)器，外只使用個(gè)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(shí)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(shí)將有可能致沖突。此一般都使用 NAPT 技術(shù)，同時(shí)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)比翼務(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(gè)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 號稱地址多到每石山子都能擁自己的 IP 地址，那我們還要 NAT 嗎？本文來自讙信眾號：小 debug （ID：xiaobaidebug），作者：小