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脑残式网络编程入门(六):什么是公网IP和内网IP?NAT转换又是什么鬼?

本文引用了“帅地”发表于公众号苦逼的码农的技术分享。


1、引言


搞网络通信应用开发的程序员,可能会经常听到外网IP(即互联网IP地址)和内网IP(即局域网IP地址),但他们的区别是什么?又有什么关系呢?另外,内行都知道,提到外网IP和内网IP就不得不提NAT路由转换这种东西,那这双是什么鬼?本文就来简单讲讲这些到底都是怎么回事。

timg-(1).jpg

另外,以下是与本文内相关知识点有关联的文章,可详细阅读之:


2、系列文章


本文是系列文章中的第6篇,本系列大纲如下:


3、每台电脑都必须要一个公网IP吗?


答案:不是。

我们都知道,IPv4中的IP地址的数量是有限的(所以现在都在搞IPv6嘛),每次把一部分地址分配出去,那么就意味着能够用来分配的IP地址就更少了,而且随着现在手机,电脑等的快速发展,如果每个手机或者电脑都要求一个IP地址,那么显然IP地址是不够用的。

为了解决这个问题,我们可以采取这样的策略:例如对于一个公司来说,每个公司都会有一个属于自己公司的内网(也可以称之为局域网)。

内网(学名应叫局域网(Local Area Network,LAN))是在一个局部的地理范围内,一般可以是是几米内(比如家庭内网),也可以是方圆几千米以内(比如一个大学内网),将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。

timg-(2).jpg

内网主要作用有:

  • 1)共享传输信道:简单地理解就是不需要每台电脑一个外网IP地址;
  • 2)传输速率高:内网之间的电脑因为没有外网网络拓扑的复杂性,所以互相通信的网络可以很快,比如从一个台电脑向另一台电脑复制一个几G的文件可能只需要数十秒时间。
  • 3)误码率低:因为通信距离很近,所以误码率很低,换句话说就是网络很稳定(老一点的程序员都知道,读大学的时候同一个宿舍内网联网玩C/S游戏,几乎不会遇到断网或卡顿的事情,除非有人下毛片或者把网络给拔了,哈哈)。

4、公司的内网是如何实现内网IP地址分配和管理的?


假如我们给这个公司A分配了一个IP=192.168.1.1。我们把这个IP作为这个公司内网的网关吧。

1.png

在公司A的内网里面有3台电脑,如果这三台电脑要上网的话,我们需要给他分配一个IP,那么就像上一节提到的:我们一定需要去申请3个IP地址来使用吗?

答否。我们不一定需要去申请3个IP的,在我们这个内网里,我们可以指定自己的规则,例如,我们可以给这三台电脑随便分配三个IP(请注意,这三个IP不是去申请的,而且我自己随意给它分配的)。分别分配电脑A = 192.168.1.2   电脑B = 192.168.1.3 电脑C = 192.168.1.4。

而这个规则可以由我们的内网网关来管理,就像下面这样:
2.png

5、NAT技术:实现内网电脑访问外网的能力


假如电脑A想要访问百度,百度的IP我们假设为:172.168.30.3:
3.png

我们都知道,电脑A的IP是我们虚构的,实际上可能并不存在这样一个IP,如果用电脑A的IP去访问百度,那肯定行不通。

我们也知道,由于百度和电脑A不在一个局域网内,所以A要访问百度,那么必须得经过网关。而网关的这个IP地址,是真实存在的,是可以访问百度的。

为了让 A 可以访问百度,那么我们可以采取这样的方法:让网关去帮助 A 访问,然后百度把结果传递给网关,而网关再把结果传递给 A,这样不就可以解决了?

4.png

不过电脑A、B、C都可能拜托网关去帮忙访问百度,而百度返回的结果 的目的IP都是网关的IP=192.168.1.1。那么网关该如何进行区分这结果是A的、B的还是C的呢?

我们去访问百度的时候,不是需要指定一个端口吗?只要我们把 A的IP + 端口  映射成  网关的IP+端口,不就可以唯一确定身份了?

例如A用端口60去访问百度,网关把   A的IP+端口60    映射成     网关的IP+端口80 不就可以了?

5.png

百度把结果返回给网关的80端口之后,网关再通过映射表,就可以把结果返回给 A的60端口 了。

6.jpeg

如果B也是用60端口去访问百度的话,也是一样,可以把它映射到90端口。

这种方法地址的映射转换,我们也称之为网络地址转换英文为 Network Address Translation,简称NAT

而像A、B、C这样的IP地址我们也称之为内网IP,即内网IP;而像网关,百度这样的IP我们称之为外网IP(即互联网公网IP)。

所以,一个典型的内网访问公网的原理,就像下图这样就可以实现了:
1.jpg

现在知道外网IP和内网IP了吧?

6、本文小结


为了解决IP地址短缺,技术专家们发明了内网技术,而内网技术的理论支撑就是NAT技术,所以搞网络通信的程序员非常有必要对NAT技术有一个深入的理解。

如果你想详细了解NAT路由转换技术,不防从下面几篇文章开始:


几点需要注意的地方:

  • 1)对于全球IP,显然每个IP都是唯一的,而对于私有IP,同一个局域网内,也得是唯一的,但在两个不同的局域网中,是可以有相同的私有IP的;
  • 2)局域网内主机之间的通信,是不需要进行地址转换的,而如果需要访问外网,才需要进行地址转换。

实际上,我们也可以把这种地址转换称之为一种代理。网关就相当于一个代理,把局域网内的主机的一些信息都给隐藏了起来。就像本内里所描述的那样,百度并不知道是主机A访问它,他只知道是网关访问了它。

附录:更多网络编程方面的文章


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TCP/IP详解 - 第11章·UDP:用户数据报协议
TCP/IP详解 - 第17章·TCP:传输控制协议
TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止
TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传
技术往事:改变世界的TCP/IP协议(珍贵多图、手机慎点)
通俗易懂-深入理解TCP协议(上):理论基础
通俗易懂-深入理解TCP协议(下):RTT、滑动窗口、拥塞处理
理论经典:TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解
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UDP中一个包的大小最大能多大?
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P2P技术详解(二):P2P中的NAT穿越(打洞)方案详解
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网络编程懒人入门(一):快速理解网络通信协议(上篇)
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网络编程懒人入门(三):快速理解TCP协议一篇就够
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网络编程懒人入门(五):快速理解为什么说UDP有时比TCP更有优势
网络编程懒人入门(六):史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门
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评论 1
我擦,搞了这么久,原来我特玛对路由器理解的不对
签名: 生活压力越来越大了,买房就像一场梦。。。。。
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