本文引用了“帥地”發(fā)表于公眾號苦逼的碼農(nóng)的技術(shù)分享。

1、引言

搞網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用開發(fā)的程序員，可能會經(jīng)常聽到外網(wǎng)IP（即互聯(lián)網(wǎng)IP地址）和內(nèi)網(wǎng)IP（即局域網(wǎng)IP地址），但他們的區(qū)別是什么？又有什么關(guān)系呢？另外，內(nèi)行都知道，提到外網(wǎng)IP和內(nèi)網(wǎng)IP就不得不提NAT路由轉(zhuǎn)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(nèi)相關(guān)知識點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的文章，可詳細(xì)閱讀之：

《P2P 技術(shù)詳解(一)：NAT詳解——詳細(xì)原理、P2P簡介》

《P2P 技術(shù)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(shù)中的NAT穿透原理》

《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機(jī)、路由器功能原理入門》

《網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》

學(xué)習(xí)交流：

- 即時通訊開發(fā)交流3群：185926912[推薦]

- 移動端IM開發(fā)入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發(fā)移動端IM》

（本文同步發(fā)布于：http://www.52im.net/thread-2082-1-1.html）

2、系列文章

本文是系列文章中的第6篇，本系列大綱如下：

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(一)：跟著動畫來學(xué)TCP三次握手和四次揮手》（本文）

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(二)：我們在讀寫Socket時，究竟在讀寫什么？》

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(三)：HTTP協(xié)議必知必會的一些知識》

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(四)：快速理解HTTP/2的服務(wù)器推送(Server Push)》

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》

《腦殘式網(wǎng)絡(luò)編程入門(六)：什么是公網(wǎng)IP和內(nèi)網(wǎng)IP？NAT轉(zhuǎn)換又是什么鬼？》

3、每臺電腦都必須要一個公網(wǎng)IP嗎？

答案：不是。

我們都知道，IPv4中的IP地址的數(shù)量是有限的（所以現(xiàn)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(xiàn)在手機(jī)，電腦等的快速發(fā)展，如果每個手機(jī)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(nèi)網(wǎng)（也可以稱之為局域網(wǎng)）。

內(nèi)網(wǎng)（學(xué)名應(yīng)叫局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN））是在一個局部的地理范圍內(nèi)，一般可以是是幾米內(nèi)（比如家庭內(nèi)網(wǎng)），也可以是方圓幾千米以內(nèi)（比如一個大學(xué)內(nèi)網(wǎng)），將各種計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備和數(shù)據(jù)庫等互相聯(lián)接起來組成的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)。

內(nèi)網(wǎng)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(wǎng)IP地址；

2）傳輸速率高：內(nèi)網(wǎng)之間的電腦因?yàn)闆]有外網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膹?fù)雜性，所以互相通信的網(wǎng)絡(luò)可以很快，比如從一個臺電腦向另一臺電腦復(fù)制一個幾G的文件可能只需要數(shù)十秒時間。

3）誤碼率低：因?yàn)橥ㄐ啪嚯x很近，所以誤碼率很低，換句話說就是網(wǎng)絡(luò)很穩(wěn)定（老一點(diǎn)的程序員都知道，讀大學(xué)的時候同一個宿舍內(nèi)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)玩C/S游戲，幾乎不會遇到斷網(wǎng)或卡頓的事情，除非有人下毛片或者把網(wǎng)絡(luò)給拔了，哈哈）。

4、公司的內(nèi)網(wǎng)是如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)IP地址分配和管理的？

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(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)吧。

在公司A的內(nèi)網(wǎng)里面有3臺電腦，如果這三臺電腦要上網(wǎng)的話，我們需要給他分配一個IP，那么就像上一節(jié)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(nèi)網(wǎng)里，我們可以指定自己的規(guī)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(guī)則可以由我們的內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)來管理，就像下面這樣：

5、NAT技術(shù)：實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)電腦訪問外網(wǎng)的能力

假如電腦A想要訪問百度，百度的IP我們假設(shè)為：172.168.30.3：

我們都知道，電腦A的IP是我們虛構(gòu)的，實(shí)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(wǎng)內(nèi)，所以A要訪問百度，那么必須得經(jīng)過網(wǎng)關(guān)。而網(wǎng)關(guān)的這個IP地址，是真實(shí)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(wǎng)關(guān)去幫助 A 訪問，然后百度把結(jié)果傳遞給網(wǎng)關(guān)，而網(wǎng)關(guān)再把結(jié)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(wǎng)關(guān)去幫忙訪問百度，而百度返回的結(jié)果 的目的IP都是網(wǎng)關(guān)的IP=192.168.1.1。那么網(wǎng)關(guān)該如何進(jìn)行區(qū)分這結(jié)果是A的、B的還是C的呢？

我們?nèi)ピL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(wǎng)關(guān)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(wǎng)關(guān)把   A的IP+端口60    映射成     網(wǎng)關(guān)的IP+端口80 不就可以了？

百度把結(jié)果返回給網(wǎng)關(guān)的80端口之后，網(wǎng)關(guān)再通過映射表，就可以把結(jié)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(zhuǎn)換，我們也稱之為網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)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(nèi)網(wǎng)IP，即內(nèi)網(wǎng)IP；而像網(wǎng)關(guān)，百度這樣的IP我們稱之為外網(wǎng)IP（即互聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)IP）。

所以，一個典型的內(nèi)網(wǎng)訪問公網(wǎng)的原理，就像下圖這樣就可以實(shí)現(xiàn)了：

現(xiàn)在知道外網(wǎng)IP和內(nèi)網(wǎng)IP了吧？

6、本文小結(jié)

為了解決IP地址短缺，技術(shù)專家們發(fā)明了內(nèi)網(wǎng)技術(shù)，而內(nèi)網(wǎng)技術(shù)的理論支撐就是NAT技術(shù)，所以搞網(wǎng)絡(luò)通信的程序員非常有必要對NAT技術(shù)有一個深入的理解。

如果你想詳細(xì)了解NAT路由轉(zhuǎn)換技術(shù)，不防從下面幾篇文章開始：

《P2P 技術(shù)詳解(一)：NAT詳解——詳細(xì)原理、P2P簡介》

《P2P 技術(shù)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(shù)中的NAT穿透原理》

《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機(jī)、路由器功能原理入門》

幾點(diǎn)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(wǎng)內(nèi)，也得是唯一的，但在兩個不同的局域網(wǎng)中，是可以有相同的私有IP的；

2）局域網(wǎng)內(nèi)主機(jī)之間的通信，是不需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換的，而如果需要訪問外網(wǎng)，才需要進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。

實(shí)際上，我們也可以把這種地址轉(zhuǎn)換稱之為一種代理。網(wǎng)關(guān)就相當(dāng)于一個代理，把局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)的一些信息都給隱藏了起來。就像本內(nèi)里所描述的那樣，百度并不知道是主機(jī)A訪問它，他只知道是網(wǎng)關(guān)訪問了它。

附錄：更多網(wǎng)絡(luò)編程方面的文章

[1] 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)資料：

《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議》

《TCP/IP詳解 - 第17章·TCP：傳輸控制協(xié)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(shù)往事：改變世界的TCP/IP協(xié)議（珍貴多圖、手機(jī)慎點(diǎn)）》

《通俗易懂-深入理解TCP協(xié)議（上）：理論基礎(chǔ)》

《通俗易懂-深入理解TCP協(xié)議（下）：RTT、滑動窗口、擁塞處理》

《理論經(jīng)典：TCP協(xié)議的3次握手與4次揮手過程詳解》

《理論聯(lián)系實(shí)際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程》

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議關(guān)系圖（中文珍藏版）》

《UDP中一個包的大小最大能多大？》

《P2P技術(shù)詳解(一)：NAT詳解——詳細(xì)原理、P2P簡介》

《P2P技術(shù)詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》

《P2P技術(shù)詳解(三)：P2P技術(shù)之STUN、TURN、ICE詳解》

《通俗易懂：快速理解P2P技術(shù)中的NAT穿透原理》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(一)：單臺服務(wù)器并發(fā)TCP連接數(shù)到底可以有多少》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(二)：上一個10年，著名的C10K并發(fā)連接問題》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(三)：下一個10年，是時候考慮C10M并發(fā)問題了》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(四)：從C10K到C10M高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理論探索》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(五)：一文讀懂高性能網(wǎng)絡(luò)編程中的I/O模型》

《高性能網(wǎng)絡(luò)編程(六)：一文讀懂高性能網(wǎng)絡(luò)編程中的線程模型》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(一)：淺析TCP協(xié)議中的疑難雜癥(上篇)》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(二)：淺析TCP協(xié)議中的疑難雜癥(下篇)》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(三)：關(guān)閉TCP連接時為什么會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(四)：深入研究分析TCP的異常關(guān)閉》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(五)：UDP的連接性和負(fù)載均衡》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(六)：深入地理解UDP協(xié)議并用好它》

《不為人知的網(wǎng)絡(luò)編程(七)：如何讓不可靠的UDP變的可靠？》

《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(一)：快速理解網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（上篇）》

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《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》

《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(五)：快速理解為什么說UDP有時比TCP更有優(yōu)勢》

《網(wǎng)絡(luò)編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機(jī)、路由器功能原理入門》

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