內網和外網之間的通信(端口映射原理)


原文來自:

[內網和外網之間的通信(端口映射原理):https://www.cnblogs.com/ranyonsue/p/9713992.html

如何將內網服務器通過端口映射暴露到公網中,實現外網對服務器的訪問,參考:

Linux或Windows上實現端口映射:https://www.cnblogs.com/connect/p/server-port-proxy.html

外網主機訪問局域網內的主機,也可以使用frp內網轉發。

 

 

首先解釋一下“內網”與“外網”的概念:

    內網:即所說的局域網,比如學校的局域網,局域網內每台計算機的IP地址在本局域網內具有互異性,是不可重復的。但兩個局域網內的內網IP可以有相同的。

    外網:即互聯網,局域網通過一台服務器或是一個路由器對外連接的網絡,這個IP地址是惟一的。也就是說內網里所有的計算機都是連接到這一個外網IP上,通過這一個外網IP對外進行交換數據的。也就是說,一個局域網里所有電腦的內網IP是互不相同的,但共用一個外網IP。(用ipconfig/all查到的IP是你本機的內網IP;在www.ip138.com上看到的是你連接互聯網所使用的IP,即外網)。

 

    在局域網中,每台電腦都可以自己分配自己的IP,這個IP只在局域網中有效。而如果你將電腦連接到互聯網,你的網絡提供商(ISP)的服務器會為你分配一個IP地址,這個IP地址才是你在外網的IP。兩個IP同時存在,一個對內,一個對外。

 

    當你家里買了兩台電腦,你想組建一個局域網,你除了要用網線和路由器等設備將兩台電腦相連,你還要將兩台電腦設置固定IP,比如電腦A設為192.168.1.2,電腦B設為192.168.1.3,這樣你就可以用這兩個IP地址互相訪問兩台電腦,但這兩個IP地址只在這兩台電腦間有效,對外網無效。所以局域網中分配的IP與廣域網中的IP完全沒有對應關系。

    你在內網的機子在上網時,都是在向網關發出請求,再由網關(一般為路由器)用外網IP轉到INT網上,接受數據后,再分發到你的內網IP上。

 

    再者,我們大多人都是使用寬帶上網,結果發現,A 和 B 的局域網 IP 都是192.168.31.11,當他們都訪問百度瀏覽網頁時,百度服務器回復數據時,如何區分是給 A 還是給 B 呢?

  

公有 IP 和私有 IP 的區別

  首先,我們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 因特網信息中心)負責。這些 IP 地址分配給注冊並向Inter NIC提出申請的組織機構,公有 IP 全球唯一,通過它直接訪問因特網(直接能上網)。

  私有地址(Private address):屬於非注冊地址,專門為組織機構內部使用,說白了,私有 IP 不能直接上網。

  而我們平時通過運營商(電信、移動、聯通寬帶等)上網,家里面通過路由器分出來的 IP 都是私有 IP(局域網 IP),大家可能會疑問,我們可以上網啊,怎么會是私有 IP 呢?租用(申請)公有 IP 是需要錢的。 運營商買了一些公有 IP,然后通過這些公有 IP 分出來,再分給一個一個的用戶使用。這個過程有點類似於,我們去安裝了寬度,通過路由器分出幾個 IP,讓好幾個人都能上網,當然運營商通過公有 IP 分出來的過程肯定比這個復雜多了。所以,我們平時上網用的 IP 是私有 IP,真正擁有公有 IP 的是運營商(當然,我們可以租用一個公有 IP )。所以,A 家庭的局域網 IP 和 B 家庭的局域網 IP 相同很正常,但是,最終 A 和 B 能上網(數據走出去)還是通過運營商的公有 IP,畢竟,公有 IP 的資源有限,這一片區域的用戶使用的很有可能(實際上就是這樣的)是同一個公有 IP,這樣的話,又回到前面的問題,假如 A 和 B 的局域網 IP 相同(192.168.31.11),當他們同時訪問百度服務器的時候,百度服務器如何區分哪個是 A,哪個是 B 呢?

  

端口映射

  接下來,給大家介紹一下什么是端口映射?

  端口映射是 NAT 的一種,它將外網主機的 IP 地址的一個端口映射到內網中一台機器,提供相應的服務。當用戶訪問該 IP 的這個端口時,服務器自動將請求映射到對應局域網內部的機器上。

  現在市場上的家庭路由器都具備 NAT 功能,也可以實現端口映射。下圖為小米路由器的端口映射設置圖:

  

  我們平時經過路由器,通過寬帶,最終去到運營商那邊,數據是從運營商出去,最終數據是回到運營商那邊,運營商再把數據發送到用戶的電腦。

  路由器,至少有兩個端口:WAN 口和 LAN 口。

  WAN:接外部 IP 地址用,通常指的是出口,轉發來自內部 LAN 接口的 IP 數據包,這個口的 IP 是唯一的。

  LAN:接內部 IP 地址用,LAN 內部是交換機。

  這里,我們簡化這個過程,我們把運營商當做一個 NAT 設備。

  

  為了方便大家理解,我們把 IP 的轉化方向反過來分析(准確來說,公網轉局域網)。

  A 電腦的 IP 是局域網 IP(192.168.31.11),這個 IP(192.168.31.11)是從路由器的 lan口分配的。

  當我們上百度的時候,經過路由器的 wan口,進行相應的IP、端口轉化:192.168.31.11:80 -> 10.221.0.24:8080,所以,從 wan口出去的地址為:10.221.0.24:8080。

  

  最后,經過運營商,運營商那邊會做相應的端口映射(而且是動態端口映射),子網 IP(10.221.0.24:8080)轉化為公網 IP(128.0.0.1:8888),通過這個公網 IP 去訪問百度服務器。

  

  同理,B 的過程也是一樣。通過這樣的層層端口映射,最終保證地址(IP + 端口)的唯一性。A 和 B 訪問百度服務器,盡管它們的局域網 IP 是一樣的,但是最終它們訪問百度的地址(IP + 端口)是唯一的,所以,百度服務器回復時,原路返回時能夠區分到底給誰回。

  如何讓外網能夠訪問自己寫的網絡程序(服務器)

  首先,我們需要在運營商那邊申請(租用)一個公有 IP (長城寬帶一年需要 2000 元左右),假如這個公有 IP 為:128.0.0.123。

  假如,我們寫的服務器如下:

  

  接着,找個 NAT 設備進行相應的端口映射,家庭路由器都有這個功能。這里以小米路由器為例:

  

  映射關系如下:

  

  最后,其他人寫客戶端程序時(電腦能上外網),只要指定目的 IP 地址為 128.0.0.123,端口為 8888,通過這個地址,就能找到192.168.31.248:8080,因為這兩者已經建立好映射,如上圖,這樣,我們的服務器就能收到數據。

 


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