计算机网络基础 (六)--- 网络层 - 网络地址转换 NAT 技术

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发布于: 2020 年 07 月 19 日

文章内容概览
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因为IP地址不够用了，所以才使用到了网络地址转换NAT技术
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IPv4最多有40+亿个IP地址（如果合理使用，一般是不会不够用的）
早期IP地址的不合理规划导致IP号浪费
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在之前的文章中介绍到，网络的边缘部分有家庭网络，有终端设备、路由器、网关、地区ISP
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在实际情况下，其实很多的家庭只有一个外网的IP地址。那么，很多的内网设备是如何进行通信的？
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因为我们知道网络层在进行通信的时候，需要有一个唯一的IP地址，这个时候，一个家庭如果只有一个IP地址，是如何使那么多的终端设备都连接到互联网的？这个问题是需要解决的
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除了家庭以外，对于公司来说，很多时候，IP地址也是不够用的，不足以支持公司里边那么多的终端设备(手机、笔记本、路由器等等他们都需要有一个唯一的IP地址)。那么公司的这么多的设备是如何连接到互联网的？
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内网地址和外网地址﻿
IP地址其实可以分为两类：内网地址和*外网地址*
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内网地址
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内部机构使用（如家庭里的笔记本、手机、iPad等都是使用内网地址）
避免与外网地址重复
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外网地址
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全球范围使用的（全球唯一的）
全球公网唯一
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内网地址﻿
内网地址还可以分为三类（A、B、C三类）
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255(支持千万数量级设备)
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255(支持百万数量级设备)
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255(支持万数量级设备)
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因为内网地址主要是给内部机构所使用的，所以A公司喝B公司的内网地址是可以有一样的。同样的，对于不同的家庭，他们的内网地址也是可以有一样的，并不会引起冲突
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对于公司，它可以在外部使用全球唯一的外网IP，但是在内部使用内网地址（家庭也是一样）。这样就可以解决，不同设备连接互联网的问题
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虽然通过这种方法，每一个设备，都分配了一个IP地址，但是使用内网地址又会引发另一个问题：内网多个设备使用一个外网IP请求外网的服务，外部怎么知道具体是哪个设备在请求的？
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这个就需要使用本文主要介绍的网络地址转换NAT技术
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网络地址转换NAT技术﻿
网络地址转化NAT（Network Address Translation）
NAT技术用于多个主机通过一个公有IP访问互联网的私有网络
NAT减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度
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NAT技术具体是如何解决这个问题的假设有一个计算机和一个手机，通过路由器连接到外部网络，假设外部的IP地址是173.21.59.10。两个内部终端设备的IP地址分别为：192.168.2.10和192.168.2.11
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在介绍通过NAT技术解决上边提到的问题之前，需要先了解一个概念：端口(port)
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端口是每一个进程在进行网络请求的时候的一个概念，通过端口就可以指定是某一个设备具体的哪一个进程在使用网络。有了端口的概念，就可以了解NAT技术了
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假设192.168.2.11:6666这个进程在使用网络，它发出的网络报文地址将会是：192.168.2.11:6666，但是这个地址在来到路由器之后，就会被替换成新的地址和端口号，新IP地址是173.21.59.10，假设新的端口为16666。通过路由器，刚才所发送的数据，会以新的地址和端口号发送到网络中。在目的计算机中，它识别的是新的IP地址和端口号，并不识别旧的IP地址和端口号，因为在路由器中进行了IP地址和端口的替换。所以外部其实是和173.21.59.10来进行通信的
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当目的计算机处理完数据之后，会将结果发送给173.21.59.10:16666，路由器接收到数据之后，又会进行一次地址和端口的转换，那么内部的设备也就获取到了请求的数据
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因此NAT技术其实就是将内网IP地址的网络请求，在本地路由器内部进行了一次IP地址和端口的转换，当接收到返回结果之后，再将IP地址和端口转换回来，发送给请求的设备。这个做映射的表，称为NA(P)T表
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这个技术其实是非常常用的，比如我们在本机安装虚拟机，使用虚拟机通信的时候，使用的就是NAT技术来进行通信的
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在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践
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