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👀NAT 技术背景

之前我们讨论了，IPv4协议中，IP地址数量不充足的问题
NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段，是路由器的⼀个重要功能

• NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP。也就是就是⼀种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法
• 很多学校，家庭，公司内部采用每个终端设置私有IP，而在路由器或必要的服务器上设置全局IP
• 全局IP要求唯⼀，但是私有IP不需要；在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的

♻️NAT ~ IP转换过程

私有IP内部，转换的工作都会存在，一旦进入了公网则不需要源IP地址替换了

报文每经过一个路由器，路由器就会自动把报文的SRC，换成自己的WAN口IP

• 其实1️⃣源IP、源端口也可能会被替换！

IP地址在内网和公网其实都是唯一的！如何理解？

• 2️⃣是只在一个内网里是唯一的，但是可能会和其他的内网中的IP地址会出现冲突

🌟NAPT

那么问题来了，如果局域网内，有多个主机都访问同⼀个外网服务器，那么对于服务器返回的数据中，目的IP都是相同的。那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给局域网的哪个主机?

这时候NAPT来解决这个问题了。使⽤IP + port来建立这个关联关系

如果三台电脑都要访问 Internet —— 如果只做简单NAT：

192.168.1.10→203.0.113.10192.168.1.11→203.0.113.10192.168.1.12→203.0.113.10

外网服务器返回数据时就会产生问题：

• 都是发给203.0.113.10，到底该转发给哪台内网主机？于是NAPT使用端口号来区分不同连接。

实际上就把<源地址 + 端口号，路由器的WAN口 + 新端口号>

192.168.1.10:50000→203.0.113.10:10001192.168.1.11:50000→203.0.113.10:10002

这样即使转换后的src地址一样，但同样可以根据端口号的不同来区分转发到不同的主机！

最终路由器会有一张转化表：

内网 外网------------------------------------------------192.168.1.10:50000←→203.0.113.10:10001192.168.1.11:50000←→203.0.113.10:10002192.168.1.12:60000←→203.0.113.10:10003

这种关联关系也是由NAT路由器自动维护的。例如在TCP的情况下，建立连接时，就会生成这个表项；在断开连接后，就会删除这个表项

那么两个内网主机（有NAT隔离）可以直接通信吗？❌️因为在对应的路由器上还没有对应的转换条目（没有NAT表）！

【NAT】 A ─── Internet ─── NAT ─── B A 主动访问 B ↓ NAT 没有映射 ↓ 不知道交给哪个内网主机 ↓ 不能直接通信

如果目标网络被NAT隔离，且没有NAT映射，那么外部无法主动找到具体的内网主机

服务器不能直接给主机直接发送数据，因为进入到路由器，根本找不到映射 —— 不知道要转发给哪个主机！

❌️NAT技术的缺陷

由于NAT依赖这个转换表，所以有诸多限制：

• 无法从NAT外部向内部服务器建立连接
• 转换表的生成和销毁都需要额外开销
• 通信过程中⼀旦NAT设备异常，即使存在热备，所有的TCP连接也都会断开

💥通信过程

内网 A 访问公网 B

A NAT 路由器 B192.168.1.10:50000公网IP：1.1.1.18.8.8.8:443│ │ │ └──────────────────────────→│───────────────────────→│

A 发出的数据：

源：192.168.1.10:50000目的：8.8.8.8:443

过程：先路由判断，再做 SNAT

① 数据包进入路由器 ↓ ② 查路由表 目的：8.8.8.8→ 应该从 WAN 口出去 ↓ ③ 确定出口接口 ↓ ④ 做 SNAT —— 建立好映射192.168.1.10:50000↓1.1.1.1:30000↓ ⑤ 从 WAN 口发出

所以对于内网访问公网，可以简单记：
先路由，确定出口；再 SNAT，修改源地址

返回数据时，B返回

源：8.8.8.8:443目的：1.1.1.1:30000

进入NAT路由器：

① 收到数据包 ↓ ② 查 NAT/连接跟踪表1.1.1.1:30000↓ 对应：192.168.1.10:50000↓ ③ 做 DNAT 修改目的地址：1.1.1.1:30000↓192.168.1.10:50000↓ ④ 查路由表 发现192.168.1.0/24从 LAN 口出去 ↓ ⑤ 发给 A

先根据 NAT 状态还原目的地址，再根据新的目的地址查路由

DNAT 通常影响后续的路由选择；SNAT 通常依赖前面的路由选择结果

🆚内网传统 vs 内网打洞

🐭内网打洞

内网打洞 = 两个内网主机先主动向外发消息，让NAT记录映射，然后再利用这个映射互相通信

以后两个路由器进行通信就不再需要经过路由器了，把数据转发到对方的出口路由器就行 —— 因为出去和服务器进行通信时就已经产生了NAT表了，说明是可以映射回来的

云服务器收到的客户端IP本质是：运营商出口路由器的WAN口IP

🐾内网穿透

公司和云服务器使用了frpc：把本地的22号端口映射到frps的8888端口，也就是将来发送给8888的请求都会转发到22号端口 ——frps干的

• 那么我们居家办公访问8888号端口 = 访问22号端口了

内网穿透和内网打洞的区别：

核心原理：都是利用路由器形成的NAT转化表，把我们的内网服务暴露出去的特征

• 内网穿透：必须强依赖于一款服务器（服务器一直要进行工作），让用户访问8888的端口等同于访问内网主机

• 内网打洞：借鉴云服务器做出入口路由器地址的交换，从而摒弃云服务器

内网穿透是一直在用，内网打洞则是用一会！

🗿代理服务器

1️⃣正向代理

正向代理（ForwardProxy）是⼀种常见的网络代理方式，它位于客户端和目标服务器之间，代表客户端向目标服务器发送请求。正向代理服务器接收客户端的请求，然后将请求转发给目标服务器，最后将目标服务器的响应返回给客户端。通过这种方式，正向代理可以实现多种功能，如提高访问速度、隐藏客户端身份、实施访问控制等

工作原理

• 客户端将请求发送给正向代理服务器
• 正向代理服务器接收请求，并根据配置进行处理，如缓存查找、内容过滤等
• 正向代理服务器将处理后的请求转发给目标服务器
• 目标服务器处理请求，并将响应返回给正向代理服务器
• 正向代理服务器将响应返回给客户端
• Nginx

2️⃣反向代理

反向代理服务器是⼀种网络架构模式，其作为Web服务器的前置服务器，接收来自客户端的请求，并将这些请求转发给后端服务器，然后将后端服务器的响应返回给客户端。这种架构模式可以提升网站性能、安全性和可维护性等

基本原理：
反向代理服务器位于客⼾端和Web服务器之间，当客户端发起请求时，它首先会到达反向代理服务器。反向代理服务器会根据配置的规则将请求转发给后端的Web服务器，并将Web服务器的响应返回给客户端。在这个过程中，客户端并不知道实际与哪个Web服务器进行了交互，它只知道与反向代理服务器进行了通信

我们买的云服务器就是在图中右侧的任意一个，反向代理服务器的公网IP会转给内部的某个机器 —— 给我们的错觉是有一个公网服务器的IP，所以能理解无法绑定公网IP，因为真正的IP并没有给到我们

举例子：

💥代理服务器和NAT

路由器往往都具备NAT设备的功能，通过NAT设备进行中转，完成子网设备和其他子网设备的通信过程。代理服务器看起来和NAT设备有⼀点像。客户端向代理服务器发送请求，代理服务器将请求转发给真正要请求的服务器；服务器返回结果后，代理服务器又把结果回传给客户端

代理服务器是最大的中间人！

🤔

对信息进行渲染 就是谷歌的页面了

上面的代理客户端和jw服务器（几百台，部署代理 —— 机场）都是有专门的人来做的

对于jw服务器：我的客户端怎么知道有几百台服务器呢？机场会给我一下配置文件——代理服务器的地址，代理商就会给你这个配置文件的下载链接

• 我们的主机按这个链接进行配置后，就会自动下载远程的服务器的密钥和登录信息 —— 后续就可以访问了

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对于jw服务器：我的客户端怎么知道有几百台服务器呢？机场会给我一下配置文件——代理服务器的地址，代理商就会给你这个配置文件的下载链接

• 我们的主机按这个链接进行配置后，就会自动下载远程的服务器的密钥和登录信息 —— 后续就可以访问了

📢写在最后

接下来登场的是 IO 模型