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五分钟搞懂内网和外网之间的通信的原理

2018-9-27 10:09| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网


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摘要: 对于初学者而已,我们学习的网络编程(如TCP,UDP编程),我们通常都是在局域网内进行通信测试,有时候我们或者会想,我们现在写的内网网络数据和外网的网络数据有什么不同,我们内网的数据是如何走出外网的呢? 再者 ...

对于初学者而已,我们学习的网络编程(如TCP,UDP编程),我们通常都是在局域网内进行通信测试,有时候我们或者会想,我们现在写的内网网络数据和外网的网络数据有什么不同,我们内网的数据是如何走出外网的呢?

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?

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(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。这些 IP 地址分配给注册并向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?

端口映射

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映射设置图:

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。

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,家庭路由器都有这个功能。这里以小米路由器为例:

映射关系如下:

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。

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