互联网中公网IP、内网IP和NAT转换的示例分析

1、引言

搞网络通信应用开发的程序员，可能会经常听到外网IP(即互联网IP地址)和内网IP(即局域网IP地址)，但他们的区别是什么?又有什么关系呢?另外，内行都知道，提到外网IP和内网IP就不得不提NAT路由转换这种东西，那这双是什么鬼?本文就来简单讲讲这些到底都是怎么回事。

2、每台电脑都必须要一个公网IP吗?

答案：不是。

我们都知道，IPv4中的IP地址的数量是有限的(所以现在都在搞IPv6嘛)，每次把一部分地址分配出去，那么就意味着能够用来分配的IP地址就更少了，而且随着现在手机，电脑等的快速发展，如果每个手机或者电脑都要求一个IP地址，那么显然IP地址是不够用的。

为了解决这个问题，我们可以采取这样的策略：例如对于一个公司来说，每个公司都会有一个属于自己公司的内网(也可以称之为局域网)。

内网(学名应叫局域网(Local Area Network，LAN))是在一个局部的地理范围内，一般可以是是几米内(比如家庭内网)，也可以是方圆几千米以内(比如一个大学内网)，将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。

2、内网主要作用有：

1)共享传输信道：简单地理解就是不需要每台电脑一个外网IP地址;2)传输速率高：内网之间的电脑因为没有外网网络拓扑的复杂性，所以互相通信的网络可以很快，比如从一个台电脑向另一台电脑复制一个几G的文件可能只需要数十秒时间。3)误码率低：因为通信距离很近，所以误码率很低，换句话说就是网络很稳定(老一点的程序员都知道，读大学的时候同一个宿舍内网联网玩C/S游戏，几乎不会遇到断网或卡顿的事情，除非有人下毛片或者把网络给拔了，哈哈)。

3、公司的内网是如何实现内网IP地址分配和管理的?

假如我们给这个公司A分配了一个IP=192.168.1.1。我们把这个IP作为这个公司内网的网关吧。在公司A的内网里面有3台电脑，如果这三台电脑要上网的话，我们需要给他分配一个IP，那么就像上一节提到的：我们一定需要去申请3个IP地址来使用吗?

答否。我们不一定需要去申请3个IP的，在我们这个内网里，我们可以指定自己的规则，例如，我们可以给这三台电脑随便分配三个IP(请注意，这三个IP不是去申请的，而且我自己随意给它分配的)。分别分配电脑A = 192.168.1.2 电脑B = 192.168.1.3 电脑C = 192.168.1.4。

而这个规则可以由我们的内网网关来管理，就像下面这样：

4、NAT技术：实现内网电脑访问外网的能力

假如电脑A想要访问百度，百度的IP我们假设为：172.168.30.3：我们都知道，电脑A的IP是我们虚构的，实际上可能并不存在这样一个IP，如果用电脑A的IP去访问百度，那肯定行不通。

我们也知道，由于百度和电脑A不在一个局域网内，所以A要访问百度，那么必须得经过网关。而网关的这个IP地址，是真实存在的，是可以访问百度的。

为了让 A 可以访问百度，那么我们可以采取这样的方法：让网关去帮助 A 访问，然后百度把结果传递给网关，而网关再把结果传递给 A，这样不就可以解决了?

不过电脑A、B、C都可能拜托网关去帮忙访问百度，而百度返回的结果 的目的IP都是网关的IP=192.168.1.1。那么网关该如何进行区分这结果是A的、B的还是C的呢?

我们去访问百度的时候，不是需要指定一个端口吗?只要我们把 A的IP + 端口 映射成 网关的IP+端口，不就可以唯一确定身份了?

例如A用端口60去访问百度，网关把 A的IP+端口60 映射成 网关的IP+端口80 不就可以了?

百度把结果返回给网关的80端口之后，网关再通过映射表，就可以把结果返回给 A的60端口 了。如果B也是用60端口去访问百度的话，也是一样，可以把它映射到90端口。

这种方法地址的映射转换，我们也称之为网络地址转换，英文为 Network Address Translation，简称NAT。

而像A、B、C这样的IP地址我们也称之为内网IP，即内网IP;而像网关，百度这样的IP我们称之为外网IP(即互联网公网IP)。

所以，一个典型的内网访问公网的原理，就像下图这样就可以实现了：现在知道外网IP和内网IP了吧?