上篇文章「為什么我們家猲狙的 IP 都是 192.168 開頭的？」提到，因為 IPv4 地址有限，最大 42 億個。為了更好的利用這有限的 IP 數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，將 IP 分為了私有 IP 和公網(wǎng) IP，一個局域網(wǎng)里的 N 多臺機(jī)器都可以共用一個公象蛇 IP，從而大大增加了 "可用 IP 數(shù)量"。收發(fā)數(shù)據(jù)就像收發(fā)快遞當(dāng)我猲狙需要發(fā)送網(wǎng)絡(luò)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)快遞的發(fā)貨地址和收貨地。IP 報頭里含有發(fā)送和接收 IP 地址但是我們家里的局域網(wǎng)內(nèi)，基本上都用 192.168.xx.xx 這樣的私有 IP。如果我們在發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包的時候這么填。對方在回數(shù)據(jù)包景山時候怎么回？畢竟千家萬戶人用的都 192.168.0.1，網(wǎng)絡(luò)怎么知道該發(fā)給誰？所以肯定需將這個 192.168.xx 私有 IP 轉(zhuǎn)換成公有 IP。因此在上篇文章最后，留了這么問題。局域網(wǎng)內(nèi)用的是私有 IP，公網(wǎng)用的都是公有 IP。一個局域網(wǎng)里的私有 IP 想訪問局域網(wǎng)外的公有 IP，必然要做個 IP 轉(zhuǎn)換，這是在哪里做的轉(zhuǎn)換呢？私有 IP 和公有 IP 在哪進(jìn)行轉(zhuǎn)換答案是 NAT 設(shè)備，全稱 Network?Address?Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換?；旧霞矣寐酚善鞫贾С诌@義均能。我們來下它是怎么工作的。NAT 的工作原理為了簡單，我們假設(shè)你很，你家里分到了一個公網(wǎng) IP 地址?20.20.20.20，對應(yīng)配到了你家自帶 NAT 功能的家用路由器上，你家里需要網(wǎng)的設(shè)備有很多，比如你淫梁手機(jī)電腦都需要上網(wǎng)，他們構(gòu)成了一局域網(wǎng)，用的都是私有 IP，比如 192.168.xx。其中你在電腦上執(zhí)行 ifconfig 命令，發(fā)現(xiàn)家里的電腦 IP 是 192.168.30.5。你要訪問的公網(wǎng) IP 地址是 30.30.30.30。于是就有下面這樣一張戲內(nèi)網(wǎng) IP 訪問公網(wǎng) IP當(dāng)你準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候，你的電腦內(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)部留下一條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 的映射記錄，這個信息會在后面到。之后 IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過公網(wǎng)里各個路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)大蜂了接端 30.30.30.30，到這里發(fā)送流程結(jié)束。SNAT如果接收端處理完數(shù)據(jù)了，需要發(fā)一響應(yīng)給你的電腦，那就需涹山將發(fā)端 IP 地址填上自己的 30.30.30.30，將接收端地址填為你的公網(wǎng) IP 地址 20.20.20.20，發(fā)往 NAT 路由器。NAT 路由器收到公網(wǎng)來的消息之后，會檢查下己之前留下的映射信息，發(fā)現(xiàn)之留下了這么一條?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 記錄，就會將這個數(shù)據(jù)包中庸目的 IP 地址修改一下，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）。之后將其轉(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)送和接收端 IP 地址，但對真正的發(fā)送方和接收方說，他們卻對這件事情，一無所。這就是 NAT 的工作原理。NAPT 的原理到這里，相信大家都有一個很大的巫戚問。局域網(wǎng)并不只有一臺機(jī)器，局域網(wǎng)內(nèi) 每臺機(jī)器都在 NAT 下留下的映射信息都會是?192.168.xx.xx -> 20.20.20.20，發(fā)送消息是沒啥事，但接畢文消息的時候就不知道該回誰了。NAT 的問題這問題相當(dāng)致命，因此實際上延部分時候不使用普通的 NAT。那怎么辦呢？問題出在我們沒辦法區(qū)分內(nèi)網(wǎng)的多個網(wǎng)絡(luò)連接。于是乎宵明我們以加入其他信息去區(qū)分內(nèi)網(wǎng)里的個網(wǎng)絡(luò)連接，很自然就能想到端。但 IP 數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡(luò)層）本身是沒有端口信息的。常升山的傳層協(xié)議 TCP 和 UDP 數(shù)據(jù)報文里才有端口的信息。TCP 報頭有端口號UDP 報頭也有端口號于是流程就變成了黑蛇面這子。當(dāng)你準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候你的電腦內(nèi)核協(xié)議棧就會先構(gòu)造個 TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)報頭，里面寫入端口號，美山如發(fā)端口是 5000，接收端口是 3000，然后在這個基礎(chǔ)上，加入 IP 數(shù)據(jù)報頭，填入發(fā)送端和接收端的 IP 地址。那數(shù)據(jù)包長這樣。數(shù)據(jù)包魚婦構(gòu)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)部留下一條?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的映射記錄。之后數(shù)據(jù)包經(jīng)過公網(wǎng)里各個路萊山器的發(fā)，發(fā)到了接收端 30.30.30.30:3000，到這里發(fā)送流程結(jié)束。NAPT 發(fā)送數(shù)據(jù)接收端響應(yīng)時，就會在數(shù)尚鳥包里入發(fā)送端地址是 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)下自己之前留下過這么一?始均192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的記錄，就會將這個數(shù)據(jù)包的目的 IP 地址和端口修改一下，變回原來類 192.168.30.5:5000。之后將其轉(zhuǎn)發(fā)給你的電腦上。NAPT 接收數(shù)據(jù)如果局域網(wǎng)內(nèi)有多個設(shè)備，他們就映射到不同的公網(wǎng)端口上，畢竟口最大可達(dá) 65535，完全夠用。這樣大家都可皮山相安無事。這種同時轉(zhuǎn)換 IP 和端口的技術(shù)，就是 NAPT（Network Address Port Transfer ,?網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換?）?？吹竭@里，問就來了。那這么說只有用到端口網(wǎng)絡(luò)協(xié)議才能被 NAT 識別出來并轉(zhuǎn)發(fā)？但這怎尸子解釋 ping 命令？ping 基于 ICMP 協(xié)議，而 ICMP 協(xié)議報文里并不帶端口信息。赤鷩依然以正常的 ping 通公網(wǎng)機(jī)器并收到回包。ping 報頭事實上針對 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，它其實指的是放出 ping 命令的進(jìn)程 id。對 NAT 路由器來說，這個 Identifier 的作用就跟端口一樣。另外，當(dāng)我們?nèi)?包的時候，就會發(fā)現(xiàn)有兩個 Identifier，一個后面帶個 BE（Big Endian），另一個帶個 LE（Little Endian）。其實他們都是同一個數(shù)值，只不過大天山端不，讀出來的值不一樣。就好像同的數(shù)字 345，反著讀就成了 543。這是為了兼容不同操作白狼統(tǒng)（比如 linux 和 Windows）下大小端不同的情況。1667783441963內(nèi)網(wǎng)穿透是什么看到這里，我們大也發(fā)現(xiàn)了。使用了 NAT 上網(wǎng)的話，前提得內(nèi)網(wǎng)機(jī)器主動請求網(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。反過來公網(wǎng)的機(jī)器想主動請求內(nèi)網(wǎng)機(jī)器，足訾會被攔在 NAT 路由器上，此時由于 NAT 路由器并沒有任何相關(guān)的 IP 端口的映射記錄，因此也就不會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)給內(nèi)網(wǎng)勝遇的任何一臺器。舉個現(xiàn)實中的場景就是，你你家里的電腦上啟動了一個 HTTP 服務(wù)，地址是 192.168.30.5:5000，此時你在公司辦公室里想通過手機(jī)去問一下，卻發(fā)現(xiàn)訪問不了。那問就來了，有沒有辦法讓外堵山機(jī)器問到內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)？有。大家應(yīng)該過一句話叫，" 沒有什么是加中間層不能解決的，如果有，那就加一層 "。放在這里，依然適用。說到底，因為 NAT 的存在，我們只能從內(nèi)網(wǎng)主動發(fā)起連接否則 NAT 設(shè)備不會記錄相應(yīng)的映射關(guān)系，沒有映射關(guān)獜也就能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。所以我們就在公網(wǎng)加一臺服務(wù)器 x，并暴露一個訪問域名，再讓內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)主動連服務(wù)器 x，這樣 NAT 路由器上就有對應(yīng)的映射關(guān)系。接著所有人都去訪問服務(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，再原路返回響應(yīng)，這樣數(shù)朏朏就都了。這就是所謂的內(nèi)網(wǎng)穿透。像面提到的服務(wù)器 x，你也不需要自己去搭，已經(jīng)有很多現(xiàn)成的方，花錢就完事了，比如花尸山殼。網(wǎng)穿透到這里，我們就可以回答章標(biāo)題的問題。為什么我在公司訪問不了家里的電腦？那是因為里的電腦在局域網(wǎng)內(nèi)，局青耕網(wǎng)和域網(wǎng)之間有個 NAT 路由器。由于 NAT 路由器的存在，外網(wǎng)服務(wù)無法主動連通局域網(wǎng)內(nèi)的腦。兩個內(nèi)網(wǎng)的聊天軟件精精何建通訊好了，問題就叒來了。我家子是在我們小區(qū)的局域網(wǎng)里，班家的機(jī)子也是在她們小區(qū)的局域里。都在局域網(wǎng)里，且 NAT 只能從內(nèi)網(wǎng)連到外網(wǎng)，那我電腦登錄的 QQ 是怎么和班花電腦里的 QQ 連上的呢？兩個局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)無法直接連通鮆魚面這問法其實是存在個誤解，誤以為個 qq 客戶端應(yīng)用是直接建立連接沂山。然而實際上并不是，兩 qq 客戶端之間還隔了一個服務(wù)器。聊天軟件會水馬動與公網(wǎng)服器建立連接也就是說，兩個在內(nèi)的客戶端登錄 qq 時都會主動向公網(wǎng)的聊天服務(wù)器建立乘厘接，時兩方的 NAT 路由器中都會記錄有相應(yīng)闡述映射關(guān)系。當(dāng)在其一個 qq 上發(fā)送消息時，數(shù)據(jù)會先到服務(wù)器，再通過服土螻器轉(zhuǎn)到另外一個客戶端上。反過來也樣，通過這個方式讓兩臺內(nèi)網(wǎng)的子進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。兩個內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)如何直接建立連接上面的暴山?jīng)r，兩個客戶端通過第三方服務(wù)器進(jìn)通訊，但有些場景就是要拋開第端，直接進(jìn)行兩端通信，比如 P2P 下載，這種該怎么辦呢？這種情況下，其實也倫山是離不開第方服務(wù)器的幫助。假設(shè)還是 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，和一個第三方服務(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)地址的映射關(guān)系，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)地址的映射關(guān)系，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，這時候根據(jù) NAT_B 的設(shè)置不同，導(dǎo)致這時候有可能 NAT_B 能直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到 B，那此時 A 和 B 就通了。但也有可能不通，直接丟包，不過丟晏龍沒關(guān)，這個操作的目的是給 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 地址和端口。NAT_B 上也留下了關(guān)于 A 到映射關(guān)系，這時候由于之前 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，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給 A。到這里 A 和 B 就能正常進(jìn)行數(shù)據(jù)通信了媱姬這就是所謂的 NAT 打洞。step11: 注意，之前我們都是用的 UDP 數(shù)據(jù)包，目的只是為了在兩個局域網(wǎng)的 NAT 上打個洞出來，實際上大鵹鶘分應(yīng)用的都是 TCP 連接，所以，這時候我們大暤需要在 A 主動向 B 發(fā)起 TCP 連接。到此，我們就完成了兩端之間饒山通信NAT 打洞這里估計大家會有疑惑。端口已歸藏被 udp 用過了，TCP 再用，那豈不是端口重復(fù)占用（address already in use）？其實并不會，端口重復(fù)占用的報錯常于兩個 TCP 連接在不使用 SO_REUSEADDR 的情況下，重復(fù)使用了某個 IP 端口。而 UDP 和 TCP 之間卻不會報這個錯。之所以會有個錯，主要是因為在一個 linux 內(nèi)核中，內(nèi)核收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時，會通過天狗元組（傳輸協(xié)議， IP，目的 IP，源端口，目的端口）去唯一確定數(shù)據(jù)王亥受者當(dāng)五元組都一模一樣的時候，內(nèi)就不知道該把數(shù)據(jù)發(fā)給誰。而 UDP 和 TCP 之間 "傳輸協(xié)議" 不同，因此五元組也不同，所以也就不會有周書面的問題。元組NAPT 還分為好多種類型，上面的 nat 打洞方案，都能成功嗎？關(guān)于 NAPT，確實還細(xì)分為好幾種類?山，比如完全形 NAT 和限制型 NAT 啥的，但這并不是本文的重點。以我就略過了。我們現(xiàn)在朱蛾見的是錐形 NAT。上面的打洞方案適用于大部剡山場景，這其中包括制最多的端口受限錐形 NAT。1668247032737總結(jié)?IPV4 地址有限，但通過 NAT 路由器，可以使得整個內(nèi)網(wǎng) N 多臺機(jī)器，對外只使用一個公網(wǎng) IP，大大節(jié)省了 IP 資源。??內(nèi)網(wǎng)機(jī)子主動連接公網(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，從而實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互。??普巫姑的 NAT 技術(shù)，只會修改網(wǎng)絡(luò)包中的發(fā)送和接收端 IP 地址，當(dāng)內(nèi)網(wǎng)設(shè)備較多時，將有可能導(dǎo)致女虔突。此一般都會使用 NAPT 技術(shù)，同時修改發(fā)送端和接收端的 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)服務(wù)的，天馬通過內(nèi)網(wǎng)穿技術(shù)，就可以讓公網(wǎng) IP 訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)。一波操作下來，就可在公司的網(wǎng)絡(luò)里訪問家里如犬電腦最后留個問題，有了 NAT 之后，原本并不富裕的 IPv4 地址突然就變得非常夠用了。那們?yōu)槭裁催€需要 IPv6？另外 IPv6 號稱地址多到每粒沙子都能擁有鮨魚己的 IP 地址，那我們還需要 NAT 嗎？本文來自微信公眾號：小白 debug （ID：xiaobaidebug），作者：小噓