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长时间​用网络​,那么​如何​区分公网(外网)、私网(内网)及原理

发布时间:2019-05-01 20:08:59

在Internet/IP协议正是Internet上的"世界语"。而IP地址就是TCP/IP协议所规定的"门牌号码"。

所谓IP地址其实是基于TCP/IP的理论所规定的网络地址。TCP/IP(Transmission/IP标准,世界各地的电脑等设备能够链接到互联网上,并互相访问及共享资源

再者,我们大多人都是使用宽带上网,结果发现,A 和 B 的局域网 IP 都是192.168.31.11,当他们都访问百度浏览网页时,百度服务器回复数据时,如何区分是给 A 还是给 B 呢?

一、公有 IP 和私有 IP 的区别

首先,我们需要了解一下什么是公有 IP 和私有 IP ?

公有地址(Public address):由 Inter NIC提出申请的组织机构,公有 IP 全球唯一,通过它直接访问因特网(直接能上网)。

私有地址(Private address):属于非注册地址,专门为组织机构内部使用,说白了,私有 IP 不能直接上网。

而我们平时通过运营商(电信、移动、联通宽带等)上网,家里面通过路由器分出来的 IP 都是私有 IP(局域网 IP),大家可能会疑问,我们可以上网啊,怎么会是私有 IP 呢?

租用(申请)公有 IP 是需要钱的。 运营商买了一些公有 IP,然后通过这些公有 IP 分出来,再分给一个一个的用户使用。这个过程有点类似于,我们去安装了宽度,通过路由器分出几个 IP,让好几个人都能上网,当然运营商通过公有 IP 分出来的过程肯定比这个复杂多了。所以,我们平时上网用的 IP 是私有 IP,真正拥有公有 IP 的是运营商(当然,我们可以租用一个公有 IP )。所以,A 家庭的局域网 IP 和 B 家庭的局域网 IP 相同很正常,但是,最终 A 和 B 能上网(数据走出去)还是通过运营商的公有 IP,毕竟,公有 IP 的资源有限,这一片区域的用户使用的很有可能(实际上就是这样的)是同一个公有 IP,这样的话,又回到前面的问题,假如 A 和 B 的局域网 IP 相同(192.168.31.11),当他们同时访问百度服务器的时候,百度服务器如何区分哪个是 A,哪个是 B 呢?

二、端口映射

1、方法一视角

接下来,给大家介绍一下什么是端口映射?

端口映射是 NAT 的一种,它将外网主机的 IP 地址的一个端口映射到内网中一台机器,提供相应的服务。当用户访问该 IP 的这个端口时,服务器自动将请求映射到对应局域网内部的机器上。

现在市场上的家庭路由器都具备 NAT 功能,也可以实现端口映射。下图为小米路由器的端口

我们平时经过路由器,通过宽带,最终去到运营商那边,数据是从运营商出去,最终数据是回到运营商那边,运营商再把数据发送到用户的电脑。

路由器,至少有两个端口:WAN 口和 LAN 口。

WAN:接外部 IP 地址用,通常指的是出口,转发来自内部 LAN 接口的 IP 数据包,这个口的 IP 是唯一的。

LAN:接内部 IP 地址用,LAN 内部是交换机。

这里,我们简化这个过程,我们把运营商当做一个 NAT 设备。

为了方便大家理解,我们把 IP 的转化方向反过来分析(准确来说,公网转局域网)。

A 电脑的 IP 是局域网 IP(192.168.31.11),这个 IP(192.168.31.11)是从路由器的 lan口分配的。

当我们上百度的时候,经过路由器的 wan口,进行相应的IP、端口转化:192.168.31.11:80 -> 10.221.0.24:8080,所以,从 wan口出去的地址为:10.221.0.24:8080。

最后,经过运营商,运营商那边会做相应的端口映射(而且是动态端口映射),子网 IP(10.221.0.24:8080)转化为公网 IP(128.0.0.1:8888),通过这个公网 IP 去访问百度服务器。

同理,B 的过程也是一样。通过这样的层层端口映射,最终保证地址(IP + 端口)的唯一性。A 和 B 访问百度服务器,尽管它们的局域网 IP 是一样的,但是最终它们访问百度的地址(IP + 端口)是唯一的,所以,百度服务器回复时,原路返回时能够区分到底给谁回。

2、方法二视角

内部网络的地址是192.168.0.0网段,而对外的公有网络IP地址是203.196.3.23。内部网络财务部主机192.168.8.88访问外部网络新浪网(IP222.76.214.60),主机192.168.8.88发出一个数据报文,随机选择一个源端口4396,目的端口为80。在经过NAT设备后,该报文的源地址和端口可能改为203.196.3.23:32814,目的地址与端口不改变。在NAT设备中维护着一张地址和端口对应转换表,当外部网络的新浪网服务器返回数据包时,NAT设备检查转换表,将数据报文中目的IP地址及端口转化为192.168.8.88:4396。

这个交换的过程,实现了内部主机访问外部服务器,这样只要少量的公网IP地址就可以实现内网多台主机访问外部网络的过程,当然有些朋友注意到了,外网服务器由始至终都不知道是内网里哪台主机访问了它。地址转换NAT的有点在于,在为内部主机提供"隐私"保护的前提下,实现了内部网络的主机通过该功能访问外部网络资源的目的。

同理,如果NAT Router后面是若干台服务器,外部网络的访问者Client只需通过公网IP地址访问,不知道服务器内网IP和开放端口是什么,提高安全性。

多对一的NAT地址转换(NAPT)原理

当内部网络的多台主机并发地要求访问外部网络时,则一对一地址转换肯定满足不了要求。这是就要用到NAT的一种变形——NAPT网络地址端口转换,或地址复用。通过NAPT,一个合适的外部地址(203.196.3.23)就可以被多个内部用户(财务部、技术部和业务部)并发地访问外部网络资源,只要使用这个外部地址(203.196.3.23)不同的端口就行。

三、如何让外网能够访问自己写的网络程序(服务器)

首先,我们需要在运营商那边申请(租用)一个公有 IP (长城宽带一年需要 2000 元左右),假如这个公有 IP 为:128.0.0.123。

假如,我们写的服务器如下:

接着,找个 NAT 设备进行相应的端口映射为例:

最后,其他人写客户端程序时(电脑能上外网),只要指定目的 IP 地址为 128.0.0.123,端口为 8888,通过这个地址,就能找到192.168.31.248:8080,因为这两者已经建立好映射,如上图,这样,我们的服务器就能收到数据。

总结NAT的作用有:

1.节约IP地址,内部网络可以使用私有IP和外部网络通信;

2.增强了内部网络和外部网络通信的灵活性。

3.隐藏内部网络的细节,避免来自网络外部的端口扫描等指向攻击,可以起到一定的安全作用。