NAT技术+代理服务器+内网穿透

NAT技术

IPv4协议中，会存在IP地址数量不充足的问题，所以不同的子网中会存在相同IP地址的主机。那么就可以理解为私有网络的IP地址并不是唯一对应的，而公网中的IP地址都是唯一的，所以NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术是当前解决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。
• 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转换过程

1. 当客户端A想要向目标服务器发送数据时，会进行在网络层将源IP和目的IP字段填充进报头字段中，然后进行路由选择，选择合适的发送路径。
2. NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP 202.244.174.37。
3. NAT路由器收到外部的数据时, 又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10。
4. 在NAT路由器内部, 有一张自动生成的, 用于地址转换的表（地址映射表）。
5. 当 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 发送数据时就会生成表中的映射关系。
6. 所以有了转换表以后不论是数据发送时私有IP向全局IP地址的转换还是数据接收时的全局IP向私有IP的转换都可以通过NAT路由器内部的路由表进行映射（互为键值关系）

 

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如果此时客户端B 也在向目标服务器发送数据呢？？？

NAPT

如果局域网内，有多个主机都访问同一个外网服务器，并且此时这些主机的端口号也是一样的话，那么对于服务器返回的数据中，目的IP都是相同的。那么NAT路由器在进行IP地址转换后的源地址都是NAT路由器的IP地址，那么转换后的源目的IP组就都是一样的了，所以数据就回不来了。

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：

可以看出，当我们的同一局域网下的主句同时访问相同服务器的话，那么 NAT路由器在转换的过程中会将源IP转换成NAT路由器的IP地址，端口的转换就取决于该路由表中是否存在重复的IP+PORT组，如果不重复就端口号不变，如果重复就同时替换端口号。（NAT的右侧不一定是公网，也可能是运营商构建的子网。内网路由器在向上转发报文的时候都会将源IP替换成路由器WAN口IP）

 

NAT技术的缺陷

• 无法一开始从NAT外部向内部服务器建立连接（NAT转换表未形成，可以看作内网主机保护）
• 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。

 

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代理服务器 

代理服务器（Proxy Server）是一种位于客户端与目标服务器之间的中介服务，它充当了客户端和目标服务器之间的“代理”，接收来自客户端的请求，并将其转发给目标服务器，然后将目标服务器的响应返回给客户端。也就是说代理服务器的作用就相当于一个中间跑路人。

正向代理工作原理

正向代理服务器，也称为客户端代理，位于客户端和目标服务器之间。它的主要功能是代替客户端向目标服务器发送请求，并将目标服务器的响应返回给客户端。

当客户端在浏览器中设置好代理服务器后，所有通过该浏览器发出的网络请求都会先发送给代理服务器。代理服务器接收到请求后，会检查自己是否有缓存的响应数据。如果有，则直接返回给客户端；如果没有，则向目标服务器发起请求，并将获取到的响应数据返回给客户端。同时，代理服务器还会将响应数据缓存起来，以便后续相同请求的快速响应。（以上的过程其实我们的校园网就在使用）

优点：

• 资源共享（代理服务器内部缓存资源）
• 内网安全（隐藏客户端的真实IP）
• 用户拦截（客户端访问的URL是可视的）

 

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反向代理工作原理 

反向代理服务器位于目标服务器和客户端之间。主要功能是接收客户端的请求，并将这些请求转发给后端的多个服务器中的一个进行处理。

 优点：

• 负载均衡：将客户端的请求分发到多个服务器上进行处理，提高系统的性能和可靠性。
• 提供安全性：反向代理服务器可以隐藏真实的服务器地址和配置信息，增加系统的安全性。同时，它还可以对请求进行过滤和检查，防止恶意攻击和非法访问。

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NAT与代理服务器比较 

• 从应用上讲，NAT设备是网络基础设备之一，解决的是IP不足的问题。代理服务器则是更贴近具体应用，比如通过代理服务器进行翻墙，另外像迅游这样的加速器，也是使用代理服务器。
• 从底层实现上讲，NAT是工作在网络层，直接对IP地址进行替换。代理服务器往往工作在应用层。
• 从使用范围上讲，NAT一般在局域网的出口部署，代理服务器可以在局域网做，也可以在广域网做，也可以跨网。
• 从部署位置上看，NAT一般集成在防火墙，路由器等硬件设备上，代理服务器则是一个软件程序， 需要部署在服务器上。
   

 

内网打洞和内网穿透

内网打洞

内网打洞主要用于解决两个私有网络（内网）中的设备之间直接通信的问题。内网打洞依赖于NAT技术，通过在内网和外网之间建立一个虚拟通道，使得内网主机能够通过这个通道与另一个内网进行通信。

实现过程

1. 共享信息：两个位于不同私有网络的设备（例如PC1和PC2）首先需要通过某种方式（如通过共同访问公共服务器），从而公共服务可以分别拿到PC1和PC2两台主机的公网入口路由器的IP+port。服务器得知两台主机各自的公网入口路由器的IP+Port之后，然后服务器将两台主机公网入口路由器的IP+port返回给对方主机，那么此时PC1就可以拿到PC2的公网入口路由器的IP+port，同时PC2就可以拿到PC1的公网入口路由器的IP+port。

2. 触发NAT映射：接着，双方设备几乎同时向对方的入口路由器的公网IP地址和端口发送UDP数据包。这些数据包触发了各自的NAT设备，并且也会在NAT转换表中创建临时的NAT映射规则，允许后续来自相同源IP地址和端口的数据包通过。

3. 直接通信：一旦双方的NAT设备都建立了映射规则，双方设备就可以直接进行通信，绕过任何中间服务器。

 内网穿透

内网穿透（也称为NAT穿透）的基本原理是通过某种方式，让外网设备能够访问到内网中的资源。

实现过程：内网穿透的原理其实和内网打洞的原理是一样的，但是实现过程有些许差异。首先两个内网想要进行通信（如PC1和PC2）。首先PC2会访问服务器，建立tcp连接，那么此时途中NAT路由器就会构建生成NAT转化表，然后紧接着PC1将想要发送的数据发给相同的服务器（此时PC1在访问服务器的这条路径中，所有NAT路由器的NAT转换表同样形成），然后该服务器将数据返回给PC2（通过构建好的NAT转换表）。此后双方就建立起通信。其实接下来也可以采用打通的方式进行通信。