上篇文章「為什我們家里的 IP 都是 192.168 開頭的？」提到柄山因為 IPv4 地址有限，最大 42 億個。為了更好的用這有限的 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)里浮山 N 多臺機器都可以共一個公網(wǎng) 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)我需要發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包時候，在 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)貨地址和收貨址。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)，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)的時候，這么填對方在回數(shù)據(jù)包時候該怎么回？竟千家萬戶人用都是 192.168.0.1，網(wǎng)絡(luò)怎么知道該發(fā)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個問題局域網(wǎng)內(nèi)用的是有 IP，公網(wǎng)用的都是陵魚有 IP。一個局域網(wǎng)里私有 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。本上家用路由器支持這功能。我來聊下它是怎么作的。NAT 的工作原理為了簡，我們假設(shè)你很，你家里分到了個公網(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，你里需要上網(wǎng)的設(shè)有很多，比如你手機，電腦都需上網(wǎng)，他們構(gòu)成一個局域網(wǎng)，用都是私有 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。于是就有下面樣一張圖內(nèi)網(wǎng) IP 訪問公網(wǎng) IP當(dāng)你準備發(fā)送數(shù)據(jù)包的若山候，你電腦內(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)梁渠端 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 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，這個信會在后面用到。后 IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)過公網(wǎng)里各個由器的轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)了接收端 30.30.30.30，到這里發(fā)送流結(jié)束。SNAT如果接收端處理完據(jù)了，需要發(fā)一響應(yīng)給你的電腦那就需要將發(fā)送 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，會檢查自己之前留下的射信息，發(fā)現(xiàn)之留下了這么一?192.168.30.5 -> 20.20.20.20 記錄，就會將這個巫戚據(jù)包目的 IP 地址修改一下，變成網(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)給你電腦上。DNAT整個過程下來，NAT 悄悄的改了 IP 數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接易傳端 IP 地址，但對真正的發(fā)送巫真和接方來說，他們卻這件事情，一無知。這就是 NAT 的工作原理。NAPT 的原理到這里，相信大都有一個很大的問。局域網(wǎng)里并只有一臺機器，域網(wǎng)內(nèi) 每臺機器都在 NAT 下留下的映射信息會是?192.168.xx.xx -> 20.20.20.20，發(fā)送消息是沒啥，但接收消息的候就不知道該回誰了。NAT 的問題這問題相當(dāng)命，因此實際上部分時候不會使普通的 NAT。那怎么辦呢？問出在我們沒辦法分內(nèi)網(wǎng)里的多個絡(luò)連接。于是乎我們可以加入其信息去區(qū)分內(nèi)網(wǎng)的各個網(wǎng)絡(luò)連接很自然就能想到口。但 IP 數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡(luò)層）身是沒有端口信的。常見的傳輸協(xié)議 TCP 和 UDP 數(shù)據(jù)報文里才有端口的息。TCP 報頭有端口號UDP 報頭也有端口號是流程就變成了面這樣子。當(dāng)你備發(fā)送數(shù)據(jù)包的候，你的電腦內(nèi)協(xié)議棧就會先構(gòu)一個 TCP 或者 UDP 數(shù)據(jù)報頭，里面寫入口號，比如發(fā)送口是 5000，接收端口是 3000，然后在這個基礎(chǔ)上，當(dāng)康入 IP 數(shù)據(jù)報頭，填入發(fā)送端詞綜接收的 IP 地址。那數(shù)據(jù)包長這樣數(shù)據(jù)包的構(gòu)成假，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)部留下一從從?192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000 的映射記錄。之后雷神據(jù)包過公網(wǎng)里各個路器的轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)到接收端 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，會在數(shù)據(jù)包里填發(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)下自己之留下過這么一?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 地址和端口修改一下，變回管子來 192.168.30.5:5000。之后將其轉(zhuǎn)發(fā)鵹鶘你的電腦上NAPT 接收數(shù)據(jù)如果局域狂鳥內(nèi)多個設(shè)備，他們會映射到不同的網(wǎng)端口上，畢竟口最大可達 65535，完全夠用。這樣大家吳子可相安無事。像這同時轉(zhuǎn)換 IP 和端口的技術(shù)，是 NAPT（Network Address Port Transfer ,?網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)?）?？吹竭@里，題就來了。那這說只有用到端口網(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均國依然可以正常的 ping 通公網(wǎng)機器并收到回包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 命令的進程 id。對 NAT 路由器來說，這個 Identifier 的作用就跟端口?魚。另外，當(dāng)我們抓包的時候，就發(fā)現(xiàn)有兩個 Identifier，一個后面帶個 BE（Big Endian），另一個帶個 LE（Little Endian）。其實他們都是同一數(shù)值，只不過大端不同，讀出來值不一樣。就好同樣的數(shù)字 345，反著讀就成了 543。這是為了兼容不同操作統(tǒng)（比如 linux 和 Windows）下大小端不同的情況蓋國1667783441963內(nèi)網(wǎng)穿透是什么看到這役采我們大概也發(fā)現(xiàn)。使用了 NAT 上網(wǎng)的話，前提得內(nèi)網(wǎng)機器主燭光求公網(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)橐山機器想主請求內(nèi)網(wǎng)機器，會被攔在 NAT 路由器上，此時由于 NAT 路由器并沒有任何關(guān)的 IP 端口的映射記錄，巫姑也就不會轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)給內(nèi)網(wǎng)里的任何臺機器。舉個現(xiàn)中的場景就是，在你家里的電腦啟動了一個 HTTP 服務(wù)，地址是 192.168.30.5:5000，此時你在公司辦公室里吳回過手機去訪問一，卻發(fā)現(xiàn)訪問不。那問題就來了有沒有辦法讓外機器訪問到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)？有。大家該聽過一句話叫" 沒有什么是加中間層不能解吉光，如果有，那就加一層 "。放在這里，依然適涿山說到底，因為 NAT 的存在，我們只老子從內(nèi)網(wǎng)主發(fā)起連接，否則 NAT 設(shè)備不會記錄相應(yīng)的映后照系，沒有映射關(guān)也就不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)。所以我們就在網(wǎng)上加一臺服務(wù) x，并暴露一個訪問慎子名，再讓網(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)的映關(guān)系。接著，所人都去訪問服務(wù) x，服務(wù)器 x 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)網(wǎng)機器，再原鱃魚回響應(yīng)，這樣數(shù)就都通了。這就所謂的內(nèi)網(wǎng)穿透像上面提到的服器 x，你也不需要自浮山去搭，已有很多現(xiàn)成的方，花錢就完事了比如花某殼。內(nèi)穿透到這里，我就可以回答文章題的問題。為什我在公司里訪問了家里的電腦？是因為家里的電在局域網(wǎng)內(nèi)，局網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間個 NAT 路由器。由于 NAT 路由器的存在，外網(wǎng)世本務(wù)無法主連通局域網(wǎng)內(nèi)的腦。兩個內(nèi)網(wǎng)的天軟件如何建立訊好了，問題就來了。我家機子在我們小區(qū)的局網(wǎng)里，班花家的子也是在她們小的局域網(wǎng)里。都局域網(wǎng)里，且 NAT 只能從內(nèi)網(wǎng)連到應(yīng)龍網(wǎng)，那我腦上登錄的 QQ 是怎么和班花電腦里的 QQ 連上的呢？兩個河伯網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)無法接連通上面這個法其實是存在個解，誤以為兩個 qq 客戶端應(yīng)用是直接建立連堯。然而實際上并是，兩個 qq 客戶端之間還隔一個服務(wù)器。聊軟件會主動與公服務(wù)器建立連接就是說，兩個在網(wǎng)的客戶端登錄 qq 時都會主動向公象蛇的聊天服器建立連接，這兩方的 NAT 路由器中都會記有相應(yīng)的映射關(guān)。當(dāng)在其中一個 qq 上發(fā)送消息時，江疑據(jù)會先到務(wù)器，再通過服器轉(zhuǎn)發(fā)到另外一客戶端上。反過也一樣，通過這方式讓兩臺內(nèi)網(wǎng)機子進行數(shù)據(jù)傳。兩個內(nèi)網(wǎng)的應(yīng)如何直接建立連上面的情況，是個客戶端通過第方服務(wù)器進行通，但有些場景就要拋開第三端，接進行兩端通信比如 P2P 下載，這種該怎碧山呢？這種情況下其實也還是離不第三方服務(wù)器的助。假設(shè)還是 A 和 B 兩個局域網(wǎng)內(nèi)的機子尸子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)地址和外論語址的映射關(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，主動連第方 server，NAT_B 內(nèi)留下 B 的內(nèi)網(wǎng)地址和外網(wǎng)地天犬映射關(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，這時根據(jù) NAT_B 的設(shè)置不同，導(dǎo)致這時候有可泰逢 NAT_B 能直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到 B，那此時 A 和 B 就通了。但也有可能不通洵山接丟包，不過丟沒關(guān)系，這個操的目的是給 NAT_A 上留下有關(guān) B 的映射關(guān)系。step8 和 step9 以及 step10: 跟 step5 一樣熟悉的配方葌山此時 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，這時候由于前 NAT_A 上有過關(guān)于 B 的映射關(guān)系，此 NAT_A 就能正常接受 B 的數(shù)據(jù)包，并將轉(zhuǎn)發(fā)給 A。到這里 A 和 B 就能正常進行數(shù)通信了。這就是謂的 NAT 打洞。step11: 注意，之前我們都是用的 UDP 數(shù)據(jù)包，目的只是為了在兩勝遇域網(wǎng)的 NAT 上打個洞出來，際上大部分應(yīng)用的都是 TCP 連接，所以，這候我們還需要在 A 主動向 B 發(fā)起 TCP 連接。到此，我耕父完成了兩端之間通信。NAT 打洞這里估計大瞿如有疑惑。端口已被 udp 用過了，TCP 再用，那豈不是端歸山復(fù)占用（address already in use）？其實并不會，鳳鳥口重復(fù)占的報錯常見于兩 TCP 連接在不使用 SO_REUSEADDR 的情況下，重復(fù)使用巫抵某個 IP 端口。而 UDP 和 TCP 之間卻不會報這錯。之所以會有個錯，主要是因在一個 linux 內(nèi)核中，內(nèi)核收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)由于會通過五元組（輸協(xié)議，源 IP，目的 IP，源端口，目的端鐘山去唯一確定數(shù)據(jù)受者。當(dāng)五元組一模一樣的時候內(nèi)核就不知道該數(shù)據(jù)發(fā)給誰。而 UDP 和 TCP 之間 "傳輸協(xié)議" 不同，因此五元組也不同所以也就不會有面的問題。五元NAPT 還分為好多種類型，窮奇的 nat 打洞方案，都能成功？關(guān)于 NAPT，確實還細分為幾種類型，比如全錐形 NAT 和限制型 NAT 啥的，但這并不是本文的重點相繇以我就略過了。們現(xiàn)在常見的都錐形 NAT。上面的打洞方案適于大部分場景，其中包括限制最的端口受限錐形 NAT。1668247032737總結(jié)?IPV4 地址有限，但通過 NAT 路由器，可以使得禹內(nèi)網(wǎng) N 多臺機器，對外只使用個公網(wǎng) IP，大大節(jié)省了 IP 資源。??內(nèi)網(wǎng)子主動連接公網(wǎng) IP，中間的 NAT 會將內(nèi)網(wǎng)機子的貳負網(wǎng) IP 轉(zhuǎn)換為公網(wǎng) IP，從而實現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互??普通的 NAT 技術(shù)，只會修改網(wǎng)鸚鵡包中的發(fā)端和接收端 IP 地址，當(dāng)內(nèi)網(wǎng)設(shè)備較多時，將櫟能導(dǎo)致沖突。因一般都會使用 NAPT 技術(shù)，同時修改發(fā)送端信收端的 IP 地址和端口。??于 NAT 的存在，公網(wǎng) IP 是無法訪問內(nèi)網(wǎng)務(wù)的，但通過內(nèi)穿透技術(shù)，就可讓公網(wǎng) IP 訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)。一操作下來，就可在公司的網(wǎng)絡(luò)里問家里的電腦。后留個問題，有 NAT 之后，原本并不富裕獙獙 IPv4 地址突然就變得非常領(lǐng)胡了。那我們?yōu)槭?還需要 IPv6？另外 IPv6 號稱地址多到每粒沙子都能擁人魚己的 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：小滑魚