本文原創作者：原理君(cpp軟件架構獅)

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對于我們網絡開發的人員來說，經常會用到TCP,UDP協議，但是通常情況下，是在局域網內的協議交互通信。可你們有想過嗎？如果是涉及到內網和外網的交互呢？也就是說局域網和公網是怎么 交互呢？

假設有兩臺主機A和B，他們分別處于不同的局域網下，他們的局域網IP都是192.168.1.2。在同一個時刻，他們都訪問百度服務器，那作為百度服務器是怎么分別回復這兩臺主機的呢？或者是服務器怎么區分A和B呢？

公網 IP 和私有 IP 的區別

我們先來了解一下公網IP和私有IP的概念。

公有地址(Public address)：由 Inter NIC(因特網信息中心)負責。這些 IP 地址分配給注冊并向Inter NIC提出申請的組織機構，公有 IP 全球唯一，通過它直接訪問因特網(直接能上網)。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網絡數量較少的大型網絡；

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；

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研究機構等；

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，專門為組織機構內部使用，說白了，私有 IP 不能直接上網。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 為系統環回地址。

而我們平時通過運營商(主要是電信、移動、聯通寬帶等)上網，通過家用路由器之后，就會變成私有IP，大家可能會疑問，我們可以上網啊，怎么會是私有 IP 呢？

其實我們不是通過私有IP上網的，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，所以需要動態給上網的用戶。 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生使用，當然運行商動態分配公有IP的過程比這個復雜多了。

所以A和B的IP相同是很正常的一件事情，但是對于百度服務器來說，它并不關心對方的私有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器是公有IP，那A和B私有IP到公有IP的轉換怎么完成的呢？當他們同時訪問百度服務器的時候，百度服務器如何區分哪個是 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網(LAN)IP地址映射成一個公網(WAN)IP地址，當用戶訪問提供映射端口主機的某個端口時，服務器將請求轉移到本地局域網內部提供這種特定服務的主機；
• 利用端口映射功能還可以將一臺外網IP地址機器的多個端口映射到內網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等協議。理論上可以提供65535(總端口數)-1024(保留端口數)=64511個端口的映射。

思路：既然端口映射可以將一臺外網 IP 地址機器多個端口映射到內網中不同機器上的不同端口。那當用戶訪問外網 IP 的這個端口時，服務器自動將請求映射到對應局域網內部的機器上。

比如，我們在內網中有一臺主機，但是外網中的用戶是沒有辦法直接訪問該服務器的。于是我們可以在路由器上設置一個端口映射，只要外網用戶訪問路由器ip的80端口，那么路由器會把自動把流量轉到內網主機的80端口上。并且，在路由器上還存在一個Session，當內網服務器返回數據給路由器時，路由器能準確的將消息發送給外網請求用戶的主機。在這過程中，路由器充當了一個反向代理的作用，他保護了內網中主機的安全。

我們平時上網的過程就是先經過路由器，然后通過寬帶，最終通過運營商的轉換最終到web服務器的，返回的數據先到運營商那邊，然后再把數據發送到用戶的主機上。

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，轉發來自內部 LAN 接口的 IP 數據包。

LAN：接內部 IP 地址用，LAN 內部是交換機。我們可以不連接 WAN 口，把路由器當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，我們把運營商當做一個 NAT 設備。

為了方便大家理解，我們把 IP 的轉化方向反過來分析(準確來說，公網轉局域網)。

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。

當我們訪問百度服務器的時候，經過路由器的 wan口，進行相應的IP、端口轉化：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能訪問外網嗎？顯然不行，因為還是私有IP。還需要一個步驟：轉換為公網IP。

經過運營商，運營商那邊會做相應的端口映射(而且是動態端口映射)，子網 IP(10.221.0.24:8080)轉化為公網 IP(128.0.0.1:9999)，通過這個公網 IP 去訪問百度服務器。

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 訪問百度服務器，盡管它們的局域網 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，百度服務器回復時，原路返回時能夠區分到底給誰回。

總結

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