本文引用了“帥地”發表于公眾號苦逼的碼農的技術分享。
搞網絡通信應用開發的程序員，可能會經常聽到外網IP（即互聯網IP地址）和內網IP（即局域網IP地址），但他們的區別是什么？又有什么關系呢？另外，內行都知道，提到外網IP和內網IP就不得不提NAT路由轉換這種東西，那這雙是什么鬼？本文就來簡單講講這些到底都是怎么回事。
另外，以下是與本文內相關知識點有關聯的文章，可詳細閱讀之：
《P2P 技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》《P2P 技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》《腦殘式網絡編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》
《P2P 技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》
《P2P 技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》
《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》
《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》
《腦殘式網絡編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》
學習交流：
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（本文同步發布于：http://www.52im.net/thread-2082-1-1.html）
本文是系列文章中的第6篇，本系列大綱如下：
《腦殘式網絡編程入門(一)：跟著動畫來學TCP三次握手和四次揮手》（本文）《腦殘式網絡編程入門(二)：我們在讀寫Socket時，究竟在讀寫什么？》《腦殘式網絡編程入門(三)：HTTP協議必知必會的一些知識》《腦殘式網絡編程入門(四)：快速理解HTTP/2的服務器推送(Server Push)》《腦殘式網絡編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》《腦殘式網絡編程入門(六)：什么是公網IP和內網IP？NAT轉換又是什么鬼？》
《腦殘式網絡編程入門(一)：跟著動畫來學TCP三次握手和四次揮手》（本文）
《腦殘式網絡編程入門(二)：我們在讀寫Socket時，究竟在讀寫什么？》
《腦殘式網絡編程入門(三)：HTTP協議必知必會的一些知識》
《腦殘式網絡編程入門(四)：快速理解HTTP/2的服務器推送(Server Push)》
《腦殘式網絡編程入門(六)：什么是公網IP和內網IP？NAT轉換又是什么鬼？》
答案：不是。
我們都知道，IPv4中的IP地址的數量是有限的（所以現在都在搞IPv6嘛），每次把一部分地址分配出去，那么就意味著能夠用來分配的IP地址就更少了，而且隨著現在手機，電腦等的快速發展，如果每個手機或者電腦都要求一個IP地址，那么顯然IP地址是不夠用的。
為了解決這個問題，我們可以采取這樣的策略：例如對于一個公司來說，每個公司都會有一個屬于自己公司的內網（也可以稱之為局域網）。
內網（學名應叫局域網（Local Area Network，LAN））是在一個局部的地理范圍內，一般可以是是幾米內（比如家庭內網），也可以是方圓幾千米以內（比如一個大學內網），將各種計算機、外部設備和數據庫等互相聯接起來組成的計算機通信網。
內網主要作用有：
1）共享傳輸信道：簡單地理解就是不需要每臺電腦一個外網IP地址；
2）傳輸速率高：內網之間的電腦因為沒有外網網絡拓撲的復雜性，所以互相通信的網絡可以很快，比如從一個臺電腦向另一臺電腦復制一個幾G的文件可能只需要數十秒時間。
3）誤碼率低：因為通信距離很近，所以誤碼率很低，換句話說就是網絡很穩定（老一點的程序員都知道，讀大學的時候同一個宿舍內網聯網玩C/S游戲，幾乎不會遇到斷網或卡頓的事情，除非有人下毛片或者把網絡給拔了，哈哈）。
假如我們給這個公司A分配了一個IP=192.168.1.1。我們把這個IP作為這個公司內網的網關吧。
在公司A的內網里面有3臺電腦，如果這三臺電腦要上網的話，我們需要給他分配一個IP，那么就像上一節提到的：我們一定需要去申請3個IP地址來使用嗎？
答否。我們不一定需要去申請3個IP的，在我們這個內網里，我們可以指定自己的規則，例如，我們可以給這三臺電腦隨便分配三個IP(請注意，這三個IP不是去申請的，而且我自己隨意給它分配的)。分別分配電腦A = 192.168.1.2 電腦B = 192.168.1.3 電腦C = 192.168.1.4。
而這個規則可以由我們的內網網關來管理，就像下面這樣：
假如電腦A想要訪問百度，百度的IP我們假設為：172.168.30.3：
我們都知道，電腦A的IP是我們虛構的，實際上可能并不存在這樣一個IP，如果用電腦A的IP去訪問百度，那肯定行不通。
我們也知道，由于百度和電腦A不在一個局域網內，所以A要訪問百度，那么必須得經過網關。而網關的這個IP地址，是真實存在的，是可以訪問百度的。
為了讓 A 可以訪問百度，那么我們可以采取這樣的方法：讓網關去幫助 A 訪問，然后百度把結果傳遞給網關，而網關再把結果傳遞給 A，這樣不就可以解決了？
不過電腦A、B、C都可能拜托網關去幫忙訪問百度，而百度返回的結果 的目的IP都是網關的IP=192.168.1.1。那么網關該如何進行區分這結果是A的、B的還是C的呢？
我們去訪問百度的時候，不是需要指定一個端口嗎？只要我們把 A的IP + 端口 映射成 網關的IP+端口，不就可以唯一確定身份了？
例如A用端口60去訪問百度，網關把 A的IP+端口60 映射成 網關的IP+端口80 不就可以了？
百度把結果返回給網關的80端口之后，網關再通過映射表，就可以把結果返回給 A的60端口 了。
如果B也是用60端口去訪問百度的話，也是一樣，可以把它映射到90端口。
這種方法地址的映射轉換，我們也稱之為網絡地址轉換，英文為 Network Address Translation，簡稱NAT。
而像A、B、C這樣的IP地址我們也稱之為內網IP，即內網IP；而像網關，百度這樣的IP我們稱之為外網IP（即互聯網公網IP）。
所以，一個典型的內網訪問公網的原理，就像下圖這樣就可以實現了：
現在知道外網IP和內網IP了吧？
為了解決IP地址短缺，技術專家們發明了內網技術，而內網技術的理論支撐就是NAT技術，所以搞網絡通信的程序員非常有必要對NAT技術有一個深入的理解。
如果你想詳細了解NAT路由轉換技術，不防從下面幾篇文章開始：
《P2P 技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》《P2P 技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
幾點需要注意的地方：
1）對于全球IP，顯然每個IP都是唯一的，而對于私有IP，同一個局域網內，也得是唯一的，但在兩個不同的局域網中，是可以有相同的私有IP的；
2）局域網內主機之間的通信，是不需要進行地址轉換的，而如果需要訪問外網，才需要進行地址轉換。
實際上，我們也可以把這種地址轉換稱之為一種代理。網關就相當于一個代理，把局域網內的主機的一些信息都給隱藏了起來。就像本內里所描述的那樣，百度并不知道是主機A訪問它，他只知道是網關訪問了它。
[1] 網絡編程基礎資料：《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶數據報協議》《TCP/IP詳解 - 第17章·TCP：傳輸控制協議》《TCP/IP詳解 - 第18章·TCP連接的建立與終止》《TCP/IP詳解 - 第21章·TCP的超時與重傳》《技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）》《通俗易懂-深入理解TCP協議（上）：理論基礎》《通俗易懂-深入理解TCP協議（下）：RTT、滑動窗口、擁塞處理》《理論經典：TCP協議的3次握手與4次揮手過程詳解》《理論聯系實際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程》《計算機網絡通訊協議關系圖（中文珍藏版）》《UDP中一個包的大小最大能多大？》《P2P技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》《P2P技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》《P2P技術詳解(三)：P2P技術之STUN、TURN、ICE詳解》《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》《高性能網絡編程(一)：單臺服務器并發TCP連接數到底可以有多少》《高性能網絡編程(二)：上一個10年，著名的C10K并發連接問題》《高性能網絡編程(三)：下一個10年，是時候考慮C10M并發問題了》《高性能網絡編程(四)：從C10K到C10M高性能網絡應用的理論探索》《高性能網絡編程(五)：一文讀懂高性能網絡編程中的I/O模型》《高性能網絡編程(六)：一文讀懂高性能網絡編程中的線程模型》《不為人知的網絡編程(一)：淺析TCP協議中的疑難雜癥(上篇)》《不為人知的網絡編程(二)：淺析TCP協議中的疑難雜癥(下篇)》《不為人知的網絡編程(三)：關閉TCP連接時為什么會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》《不為人知的網絡編程(四)：深入研究分析TCP的異常關閉》《不為人知的網絡編程(五)：UDP的連接性和負載均衡》《不為人知的網絡編程(六)：深入地理解UDP協議并用好它》《不為人知的網絡編程(七)：如何讓不可靠的UDP變的可靠？》《網絡編程懶人入門(一)：快速理解網絡通信協議（上篇）》《網絡編程懶人入門(二)：快速理解網絡通信協議（下篇）》《網絡編程懶人入門(三)：快速理解TCP協議一篇就夠》《網絡編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》《網絡編程懶人入門(五)：快速理解為什么說UDP有時比TCP更有優勢》《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》《網絡編程懶人入門(七)：深入淺出，全面理解HTTP協議》《網絡編程懶人入門(八)：手把手教你寫基于TCP的Socket長連接》《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》《技術掃盲：新一代基于UDP的低延時網絡傳輸層協議——QUIC詳解》《讓互聯網更快：新一代QUIC協議在騰訊的技術實踐分享》《現代移動端網絡短連接的優化手段總結：請求速度、弱網適應、安全保障》《聊聊iOS中網絡編程長連接的那些事》《移動端IM開發者必讀(一)：通俗易懂，理解移動網絡的“弱”和“慢”》《移動端IM開發者必讀(二)：史上最全移動弱網絡優化方法總結》《IPv6技術詳解：基本概念、應用現狀、技術實踐（上篇）》《IPv6技術詳解：基本概念、應用現狀、技術實踐（下篇）》《從HTTP/0.9到HTTP/2：一文讀懂HTTP協議的歷史演變和設計思路》《以網游服務端的網絡接入層設計為例，理解實時通信的技術挑戰》《邁向高階：優秀Android程序員必知必會的網絡基礎》>> 更多同類文章 ……[2] NIO異步網絡編程資料：《Java新一代網絡編程模型AIO原理及Linux系統AIO介紹》《有關“為何選擇Netty”的11個疑問及解答》《開源NIO框架八卦——到底是先有MINA還是先有Netty?》《選Netty還是Mina：深入研究與對比（一）》《選Netty還是Mina：深入研究與對比（二）》《NIO框架入門(一)：服務端基于Netty4的UDP雙向通信Demo演示》《NIO框架入門(二)：服務端基于MINA2的UDP雙向通信Demo演示》《NIO框架入門(三)：iOS與MINA2、Netty4的跨平臺UDP雙向通信實戰》《NIO框架入門(四)：Android與MINA2、Netty4的跨平臺UDP雙向通信實戰》《Netty 4.x學習（一）：ByteBuf詳解》《Netty 4.x學習（二）：Channel和Pipeline詳解》《Netty 4.x學習（三）：線程模型詳解》《Apache Mina框架高級篇（一）：IoFilter詳解》《Apache Mina框架高級篇（二）：IoHandler詳解》《MINA2 線程原理總結（含簡單測試實例）》《Apache MINA2.0 開發指南（中文版）[附件下載]》《MINA、Netty的源代碼（在線閱讀版）已整理發布》《解決MINA數據傳輸中TCP的粘包、缺包問題（有源碼）》《解決Mina中多個同類型Filter實例共存的問題》《實踐總結：Netty3.x升級Netty4.x遇到的那些坑（線程篇）》《實踐總結：Netty3.x VS Netty4.x的線程模型》《詳解Netty的安全性：原理介紹、代碼演示（上篇）》《詳解Netty的安全性：原理介紹、代碼演示（下篇）》《詳解Netty的優雅退出機制和原理》《NIO框架詳解：Netty的高性能之道》《Twitter：如何使用Netty 4來減少JVM的GC開銷（譯文）》《絕對干貨：基于Netty實現海量接入的推送服務技術要點》《Netty干貨分享：京東京麥的生產級TCP網關技術實踐總結》《新手入門：目前為止最透徹的的Netty高性能原理和框架架構解析》>> 更多同類文章 ……
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