本文原創(chuàng)作者：原理君（cpp軟件架構(gòu)獅）
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公眾號：技術(shù)原理君
對于我們網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的人員來說，經(jīng)常會用到TCP,UDP協(xié)議，但是通常情況下，是在局域網(wǎng)內(nèi)的協(xié)議交互通信。可你們有想過嗎？如果是涉及到內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的交互呢？也就是說局域網(wǎng)和公網(wǎng)是怎么 交互呢？
假設(shè)有兩臺主機A和B，他們分別處于不同的局域網(wǎng)下，他們的局域網(wǎng)IP都是192.168.1.2。在同一個時刻，他們都訪問百度服務(wù)器，那作為百度服務(wù)器是怎么分別回復(fù)這兩臺主機的呢？或者是服務(wù)器怎么區(qū)分A和B呢？
公網(wǎng) IP 和私有 IP 的區(qū)別
我們先來了解一下公網(wǎng)IP和私有IP的概念。
公有地址（Public address）：由 Inter NIC（因特網(wǎng)信息中心）負(fù)責(zé)。這些 IP 地址分配給注冊并向Inter NIC提出申請的組織機構(gòu)，公有 IP 全球唯一，通過它直接訪問因特網(wǎng)（直接能上網(wǎng)）。主要有A、B、C、D、E五類地址：
- A類：地址范圍是1.0.0.0 到 127.255.255.255，主要分配 給大量主機而局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)量較少的大型網(wǎng)絡(luò)；
- B類：地址范圍是128.0.0.0 到191.255.255.255，一般用于國際性大公司和政府機構(gòu)；
- C類：地址范圍是192.0.0.0 到223.255.255.255，用于一般小公司校園網(wǎng)研究機構(gòu)等；
- D類：地址范圍是224.0.0.0 到 239.255.255.255，用于特殊用途，又稱做廣播地址；
- E類：地址范圍是240.0.0.0 到255.255.255.255，暫時保留。
私有地址（Private address）：屬于非注冊地址，專門為組織機構(gòu)內(nèi)部使用，說白了，私有 IP 不能直接上網(wǎng)。主要有A、B、C三類，A類地址范圍是10.0.0.0-10.255.255.255 ，B類地址范圍是172.16.0.0-172.31.255.255，C類地址范圍是192.168.0.0-192.168.255.255。
127.0.0.0 到127.255.255.255 為系統(tǒng)環(huán)回地址。
而我們平時通過運營商（主要是電信、移動、聯(lián)通寬帶等）上網(wǎng)，通過家用路由器之后，就會變成私有IP，大家可能會疑問，我們可以上網(wǎng)啊，怎么會是私有 IP 呢？
其實我們不是通過私有IP上網(wǎng)的，是通過公有IP。通俗的講，運營商有公有IP，但是IPV4下IP資源有限，所以這些IP不能每個人分配單獨分配一個IP，所以需要動態(tài)給上網(wǎng)的用戶。 這個過程有點類似于，我們買了一些筆，然后將這些筆分給全班學(xué)生使用，當(dāng)然運行商動態(tài)分配公有IP的過程比這個復(fù)雜多了。
所以A和B的IP相同是很正常的一件事情，但是對于百度服務(wù)器來說，它并不關(guān)心對方的私有IP是什么，它也不知道，它只知道訪問它的肯定是公有IP。
那問題來了，還是老問題，既然最終訪問百度服務(wù)器是公有IP，那A和B私有IP到公有IP的轉(zhuǎn)換怎么完成的呢？當(dāng)他們同時訪問百度服務(wù)器的時候，百度服務(wù)器如何區(qū)分哪個是 A，哪個是 B 呢？
端口映射
在講原理之前我們先了解一個概念，端口映射？
- 端口映射是將一臺主機的內(nèi)網(wǎng)(LAN)IP地址映射成一個公網(wǎng)(WAN)IP地址，當(dāng)用戶訪問提供映射端口主機的某個端口時，服務(wù)器將請求轉(zhuǎn)移到本地局域網(wǎng)內(nèi)部提供這種特定服務(wù)的主機；
- 利用端口映射功能還可以將一臺外網(wǎng)IP地址機器的多個端口映射到內(nèi)網(wǎng)不同機器上的不同端口。
- 端口映射功能還可以完成一些特定代理功能，比如代理POP，SMTP，TELNET等協(xié)議。理論上可以提供65535(總端口數(shù))-1024(保留端口數(shù))=64511個端口的映射。
思路：既然端口映射可以將一臺外網(wǎng) IP 地址機器多個端口映射到內(nèi)網(wǎng)中不同機器上的不同端口。那當(dāng)用戶訪問外網(wǎng) IP 的這個端口時，服務(wù)器自動將請求映射到對應(yīng)局域網(wǎng)內(nèi)部的機器上。
比如，我們在內(nèi)網(wǎng)中有一臺主機，但是外網(wǎng)中的用戶是沒有辦法直接訪問該服務(wù)器的。于是我們可以在路由器上設(shè)置一個端口映射，只要外網(wǎng)用戶訪問路由器ip的80端口，那么路由器會把自動把流量轉(zhuǎn)到內(nèi)網(wǎng)主機的80端口上。并且，在路由器上還存在一個Session，當(dāng)內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器返回數(shù)據(jù)給路由器時，路由器能準(zhǔn)確的將消息發(fā)送給外網(wǎng)請求用戶的主機。在這過程中，路由器充當(dāng)了一個反向代理的作用，他保護(hù)了內(nèi)網(wǎng)中主機的安全。
我們平時上網(wǎng)的過程就是先經(jīng)過路由器，然后通過寬帶，最終通過運營商的轉(zhuǎn)換最終到web服務(wù)器的，返回的數(shù)據(jù)先到運營商那邊，然后再把數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶的主機上。
我們都知道路由器有兩個端口： LAN 口，WAN 口。
WAN：接外部 IP 地址用，通常指的是出口，轉(zhuǎn)發(fā)來自內(nèi)部 LAN 接口的 IP 數(shù)據(jù)包。
LAN：接內(nèi)部 IP 地址用，LAN 內(nèi)部是交換機。我們可以不連接 WAN 口，把路由器當(dāng)做普通交換機來使用。
下面我們來看看到底怎么通信的。為了便于理解，我們把運營商當(dāng)做一個 NAT 設(shè)備。
為了方便大家理解，我們把 IP 的轉(zhuǎn)化方向反過來分析（準(zhǔn)確來說，公網(wǎng)轉(zhuǎn)局域網(wǎng)）。
A 主機IP 是私有 IP（192.168.1.2），該IP是從路由器的 LAN口分配的。暫不討論是如何獲取的，這涉及到自動獲取還是手動分配的。
當(dāng)我們訪問百度服務(wù)器的時候，經(jīng)過路由器的 wan口，進(jìn)行相應(yīng)的IP、端口轉(zhuǎn)化：192.168.1.2:80 -> 10.221.0.24:8080,所以，從 wan口出去的地址為：10.221.0.24:8080。
通過10.221.0.24:8080能訪問外網(wǎng)嗎？顯然不行，因為還是私有IP。還需要一個步驟：轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)IP。
經(jīng)過運營商，運營商那邊會做相應(yīng)的端口映射（而且是動態(tài)端口映射），子網(wǎng) IP（10.221.0.24:8080）轉(zhuǎn)化為公網(wǎng) IP（128.0.0.1:9999），通過這個公網(wǎng) IP 去訪問百度服務(wù)器。
同理，B 也是一樣的過程。通過這樣的層層端口映射，最終保證地址（IP + 端口）的唯一性。A 和 B 訪問百度服務(wù)器，盡管它們的局域網(wǎng) IP 是一樣的，但是最終它們訪問百度的地址（IP + 端口）是唯一的，所以，百度服務(wù)器回復(fù)時，原路返回時能夠區(qū)分到底給誰回。
