NAT、代理服务、内网穿透

1、NAT

1.1、NAT过程

之前我们讨论了IPv4协议中IP地址数量不充足的问题。NAT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。
很多学校，家庭，公司内部采用每个终端设置私有IP，而在路由器或必要的服务器上设置全局IP。
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。

如图，客户端A要给服务器发送消息，源地址就是客户端A的IP地址10.0.0.10，目标地址为163.221.120.9，然后客户端A拿着目标地址与自己所在子网的子网掩码进行按位与，客户端A也不知道这个IP地址是哪的，但是可以肯定的是绝对不在当前子网中，所以转发给路由器。路由器再转发给服务器，但是内网IP是不能出现在公网上的，所以将源地址替换成路由器的WAN口地址202.244.174.37，而路由器的10.0.0.1称为LAN口地址。替换后转发给服务器，将来服务器应答的时候，源地址为163.221.120.0，目标地址为202.244.174.37。但是应答到了路由器之后怎么再转发给客户端A我们还不知道。
对原始报文中的源IP地址进行替换，替换成途径路由器的WAN口IP的过程，我们称之为NAT(Network Address Translation)网络地址转换。

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1.2、NAPT

客户端A给服务器发数据，源IP+端口为10.0.0.10:1025，目的IP+端口为163.221.120.9:80，首先判断目标IP不在当前子网，转发给路由器，路由器在进行源IP替换的时候，还会构建一张NAPT转换表。左边是源IP+源端口和目的IP+目的端口。右边也是如此，只不过第一行的源IP+源端口替换成路由器的了。所以路由器对报文中的源IP+端口进行替换，还会形成如图所示的映射关系，然后转发给服务器。而由于第一次建立了映射关系，之后主机A再发送给服务器到达路由器这里直接进行查表替换源IP地址即可。

左侧源IP标识了客户端A所在子网中唯一一台主机，源端口标识了该主机上的唯一一个进程。然后目的IP标识了全网唯一一台主机，目的端口标识了目的主机上的唯一一个进程。所以左侧整个部分是唯一的。右侧源IP+源端口也是具有唯一性，目的IP+目的端口同样如此，所以右侧整个部分也是唯一的。左侧和右侧都是一个四元组，并且都具有唯一性。左侧和右侧是互为键值的一组映射关系。

服务器收到后要做响应，源IP地址+端口为163.221.120.8:80，目的IP地址+端口为202.244.174.37:1025，所以服务器先转发给路由器，路由器收到后根据这四元组反向再查NAPT，将目的IP地址+端口替换为10.0.0.10:1025，然后进行内网转发，转发给客户端A。

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