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一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

发布时间:2019-08-13 14:44 所属栏目:[教程] 来源:底层软件架构
导读:副标题#e# 对于我们网络开发的人员来说,经常会用到TCP,UDP协议,但是通常情况下,是在局域网内的协议交互通信。可你们有想过吗?如果是涉及到内网和外网的交互呢?也就是说局域网和公网是怎么 交互呢? 假设有两台主机A和B,他们分别处于不同的局域网下,他们

对于我们网络开发的人员来说,经常会用到TCP,UDP协议,但是通常情况下,是在局域网内的协议交互通信。可你们有想过吗?如果是涉及到内网和外网的交互呢?也就是说局域网和公网是怎么 交互呢?

一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

假设有两台主机A和B,他们分别处于不同的局域网下,他们的局域网IP都是192.168.1.2。在同一个时刻,他们都访问百度服务器,那作为百度服务器是怎么分别回复这两台主机的呢?或者是服务器怎么区分A和B呢?

一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

公网 IP 和私有 IP 的区别

我们先来了解一下公网IP和私有IP的概念。

公有地址(Public address):由 Inter NIC(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)。主要有A、B、C、D、E五类地址:

  1. A类:地址范围是1.0.0.0 到 127.255.255.255,主要分配 给大量主机而局域网网络数量较少的大型网络;
  2. B类:地址范围是128.0.0.0 到191.255.255.255,一般用于国际性大公司和政府机构;
  3. C类:地址范围是192.0.0.0 到223.255.255.255,用于一般小公司校园网研究机构等;
  4. D类:地址范围是224.0.0.0 到 239.255.255.255,用于特殊用途,又称做广播地址;
  5. E类:地址范围是240.0.0.0 到255.255.255.255,暂时保留。

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。主要有A、B、C三类,A类地址范围是10.0.0.0-10.255.255.255 ,B类地址范围是172.16.0.0-172.31.255.255,C类地址范围是192.168.0.0-192.168.255.255。

127.0.0.0 到127.255.255.255 为系统环回地址。

而我们平时通过运营商(主要是电信、移动、联通宽带等)上网,通过家用路由器之后,就会变成私有IP,大家可能会疑问,我们可以上网啊,怎么会是私有 IP 呢?

其实我们不是通过私有IP上网的,是通过公有IP。通俗的讲,运营商有公有IP,但是IPV4下IP资源有限,所以这些IP不能每个人分配单独分配一个IP,所以需要动态给上网的用户。 这个过程有点类似于,我们买了一些笔,然后将这些笔分给全班学生使用,当然运行商动态分配公有IP的过程比这个复杂多了。

所以A和B的IP相同是很正常的一件事情,但是对于百度服务器来说,它并不关心对方的私有IP是什么,它也不知道,它只知道访问它的肯定是公有IP。

那问题来了,还是老问题,既然最终访问百度服务器是公有IP,那A和B私有IP到公有IP的转换怎么完成的呢?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?

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端口映射

在讲原理之前我们先了解一个概念,端口映射?

  • 端口映射是将一台主机的内网(LAN)IP地址映射成一个公网(WAN)IP地址,当用户访问提供映射端口主机的某个端口时,服务器将请求转移到本地局域网内部提供这种特定服务的主机;
  • 利用端口映射功能还可以将一台外网IP地址机器的多个端口映射到内网不同机器上的不同端口。
  • 端口映射功能还可以完成一些特定代理功能,比如代理POP,SMTP,TELNET等协议。理论上可以提供65535(总端口数)-1024(保留端口数)=64511个端口的映射。

思路:既然端口映射可以将一台外网 IP 地址机器多个端口映射到内网中不同机器上的不同端口。那当用户访问外网 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。

比如,我们在内网中有一台主机,但是外网中的用户是没有办法直接访问该服务器的。于是我们可以在路由器上设置一个端口映射,只要外网用户访问路由器ip的80端口,那么路由器会把自动把流量转到内网主机的80端口上。并且,在路由器上还存在一个Session,当内网服务器返回数据给路由器时,路由器能准确的将消息发送给外网请求用户的主机。在这过程中,路由器充当了一个反向代理的作用,他保护了内网中主机的安全。

一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

我们平时上网的过程就是先经过路由器,然后通过宽带,最终通过运营商的转换最终到web服务器的,返回的数据先到运营商那边,然后再把数据发送到用户的主机上。

我们都知道路由器有两个端口: LAN 口,WAN 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。

LAN:接内部 IP 地址用,LAN 内部是交换机。我们可以不连接 WAN 口,把路由器当做普通交换机来使用。

下面我们来看看到底怎么通信的。为了便于理解,我们把运营商当做一个 NAT 设备。

一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

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 主机IP 是私有 IP(192.168.1.2),该IP是从路由器的 LAN口分配的。暂不讨论是如何获取的,这涉及到自动获取还是手动分配的。

当我们访问百度服务器的时候,经过路由器的 wan口,进行相应的IP、端口转化:192.168.1.2:80 -> 10.221.0.24:8080,所以,从 wan口出去的地址为:10.221.0.24:8080。

一篇文章搞懂,内网和外网到底怎么通信?

通过10.221.0.24:8080能访问外网吗?显然不行,因为还是私有IP。还需要一个步骤:转换为公网IP。

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