IP协议-NAT机制（理解网络结构的关键要点）

       前言

        我们现在使用得最多的IP协议版本是IPv4，IPv4是4个字节，32位，也就是说我们的IP地址最多就只有2^32（42亿）个，在日常生活中，我们需要联网的设备都需要有IP地址才能进行通讯，很明显现在42亿个IP地址已经完全不足以满足我们现在的需求了（就目前世界上需要IP地址的设备肯定超百亿）

        此时聪明的程序员就想到了NAT机制来解决这个问题

NAT机制（网络地址转换）

        对于IP地址不够用这个问题想到了一个办法：

        我们把IP地址分为两大类

        1.内网IP

        不同局域网中的设备，.内网IP可以重复，相同局域网中的设备，.内网IP不可以重复

        一般10.*，172.16.*至172.31.*，192.168.*都是内网IP

        2.外网IP

        外网IP不能重复

        3.通讯存在的问题

        a.如果是局域网内部的设备进行通信，肯定是顺利的（同一个局域网下的内网IP不同）

        b.不同局域网中的设备进行通讯，是会存在一些问题的，由于是不同的局域网，所以内网IP有可能相同，因此不能直接进行通信，要想进行通信的话就需要一个带有外网IP的设备进行中转

        c.局域网内部的设备访问外网IP的设备，我们平时使用的电脑，手机都是在局域网内部使用，它们会有内网IP，但服务器就有外网IP，两者进行通信就涉及到了NAT的工作过程

        4.例子

        假设我的电脑现在需要向csdn发送一个请求，就相当于是内网IP的设备要和外网IP的设备进行通信

        以下的过程是简写

        首先，假设我的电脑的上一层局域网就是电信路由器，电信路由器拥有外网IP，我的电脑发送一条IP协议的数据报给电信路由器，IP协议的数据报中就包括了源IP地址和目的IP地址，电信路由器接收到我的电脑发送的数据报后，就会触发NAT机制，电信路由器会使用自己的外网IP地址替换掉当前数据报中的源IP地址（相当于电信路由器用自己的外网IP地址替你发送数据报给csdn的服务器），此时数据报中的源IP地址和目的IP地址都是外网IP地址，就可以建立通信。

        csdn的服务器接受到这个数据报后并不知道这个数据源自于我的电脑（不知道我的电脑的内网IP），它只知道csdn的外网IP，电信路由器肯定不止帮助我这一台设备，而是会帮助很多的设备转发数据报，所以NAT机制下，一个外网IP所代表的就不只是一个设备了，而是很多的设备

        csdn服务器处理好请求以后会返回一个IP数据报给我的电脑，这个数据报就会先到达电信路由器，电信路由器要帮助很多的设备转发数据报，那么它如何知道当前这个数据报要发送给我的电脑呢？

        当电信路由器替换数据报中的源IP地址为自己的外网IP时，会维护一个映射表，形如：替换前：我的内网IP 替换后：电信路由器的外网IP ,当电信路由器需要转发数据报给下层的设备时，就会对照映射表，将目的IP替换为我的内网IP，这样就确保了数据报发送到我的电脑上

NAT机制的重要性

        当前的互联网世界就是NAT构建起来的

        NAT的缺点很明显：

        1.效率不高

        2.非常繁琐

        3.不方便直接访问局域网中的设备

.......

        NAT机制虽然提高了IP地址的利用率（多个设备使用同一个外网IP），但并没有从根本上解决IP地址不够用这个问题

        但NAT机制有一个最大的优点：NAT是一个纯软件实现的方案。

为什么纯软件实现的方案这个优点这么大呢，可以看下面多IPv6的介绍就知道了

IPv6

        IPv6从根本上解决了IP地址不够用这个问题，IPv6是16个字节，128位，也就是说能表示2^128(42亿*42亿*42亿*42亿)个IP地址，这个IP地址是怎么用也用不完的

        但是为什么现在的互联网世界是NAT构建起来的而不是IPv6呢？

        因为IPv6和IPv4不兼容了，而市面上大多数的设备都采用的是IPv4，如果要使用IPv6的话就代表要更新设备，但大多数的人是不会去花钱更新设备的，所以IPv6就普及不起来，而NAT机制是纯软件实现的方案就不需要多余的成本。