1.2 NAT

問：NAT是什么？

答：NAT技術(shù)即 NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）技術(shù)
簡單的來說它可以讓多個使用私網(wǎng)IP的設(shè)備共用一個公網(wǎng)IP來上網(wǎng)

問：看來想要上網(wǎng)還是需要公網(wǎng)IP地址，那NAT是如何?共享?這公網(wǎng)地址的呢？

答：還是一開始大樓和房間的例子

在直接使用 公網(wǎng)IP的情況下整個電腦是一棟獨立的大樓 而程序住在大樓的房間內(nèi)，由門牌號即端口號來區(qū)分，大樓之外就是互聯(lián)網(wǎng)世界
相當(dāng)于獨門獨棟的房子

在家庭網(wǎng)絡(luò)中NAT轉(zhuǎn)換過程一般由家用路由器負(fù)責(zé)
此時電腦是依然是一棟大樓 程序依然住在大樓的房間內(nèi)，只不過在這座大樓之外不是互聯(lián)網(wǎng)世界，
而是局域網(wǎng)，相當(dāng)于一個小區(qū)而 路由器則是這個小區(qū)的出入口

當(dāng)電腦發(fā)送請求數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器時，它們會先到達(dá)路由器。
路由器上的NAT會檢查這個這個數(shù)據(jù)的發(fā)件地址和收件地址

此時這個數(shù)據(jù)的發(fā)件地址為?電腦獲取到的局域網(wǎng)IP+發(fā)送這個數(shù)據(jù)的程序使用的端口
而收件地址則是?服務(wù)器的IP地址+端口

NAT將發(fā)件人地址改成自己的公網(wǎng)地址，而端口一般選擇一個隨機(jī)的端口
收件人地址不變
并記錄下這次改寫 并將數(shù)據(jù)發(fā)出

當(dāng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)到達(dá)服務(wù)器時
在服務(wù)器看來是路由器在向自己發(fā)送請求
因為發(fā)件人是寫的是 路由器

于是服務(wù)器發(fā)送了響應(yīng)數(shù)據(jù)
發(fā)件人為 服務(wù)器自己的IP+服務(wù)端程序的使用的端口
收件人則 是路由器的公網(wǎng)地址+路由器發(fā)送請求時使用的端口
即請求數(shù)據(jù)中的 發(fā)件地址

當(dāng)路由器收到這個響應(yīng)數(shù)據(jù)后再次修改地址
發(fā)件人不變
收件人改成電腦最初發(fā)送請求時的 收件人
即?電腦獲取到的局域網(wǎng)IP+最初發(fā)送這個數(shù)據(jù)的程序使用的端口

在電腦看來是服務(wù)器直接回復(fù)了他的請求
畢竟收件人寫的是自己
而發(fā)件人是服務(wù)器

問：這還挺復(fù)雜的，不過大概是明白了。想要共用一個公網(wǎng)地址還不是件簡單的事情

那繞來繞去最終上網(wǎng)還是要公網(wǎng)IP為什么不在每個電腦弄兩個IP，一個公網(wǎng)，一個私網(wǎng)這樣不是會更簡單嗎？

答：這就涉及到公網(wǎng)ip不夠用的問題

問：公網(wǎng)IP地址不夠用？

答：是的IP地址的數(shù)量是有限的

IP地址的范圍是從 0.0.0.0到255.255.255.255

其總數(shù)約為43億個 實際可用的ip數(shù)量會更少，要除去一些特殊地址

問：這看起來挺多還是不夠用嗎？

答：不夠用，一開始設(shè)計的時候認(rèn)為是夠用的，然而在2019年地址就分配完了

問：那后來的用戶豈不是沒網(wǎng)上了？

答：不會，還記得我們剛才說的NAT和私有IP嗎？

私有ip是可以重復(fù)的 而NAT又可以讓多個使用私網(wǎng)IP地址的設(shè)備共用一個公網(wǎng)IP上網(wǎng)
這樣后來的用戶還是可以通過NAT轉(zhuǎn)換 來上網(wǎng)

問：這樣能容納的用戶還是有限的吧？

答：是的，但是通過增加NAT層數(shù)來解決
在之前的例子中 是家里的設(shè)備共用一個公網(wǎng)IP地址來上網(wǎng)

我們可以再加一層NAT即運(yùn)營商級別的NAT 這樣路由器獲得的也是私網(wǎng)地址
運(yùn)營商可以讓許多個家庭共用一個IP上網(wǎng)

問：老是這樣套娃也不是辦法吧？

答：對，一直增加NAT不能從根本上解決問題，于是有了IPV6