源地址和⽬的地址理解_⽹络⼯程师（14）：IP地址易容术
接下来要优化的，依然和IP有关！
IP：“为什么受伤的还是我！！”
别担⼼，不给你好好整整容，你不知道⾃⼰有多美！
IP协议使⽤IP地址来标识⽹络中的节点，分为IPv4和IPv6。虽然⼀直在推⾏IPv6，但⽬前主流还是IPv4。
IPv4使⽤32位⼆进制，分为A、B、C类（D类和E类有特殊⽤途，不⽤于标识⽹络中的节点），共计⼤约37亿多个可⽤单播地址。听上去很多，但是Internet发展太快了，早在2011年，IANA就宣布IPv4地址耗尽。
等等，既然2011年IPv4地址就没了，那怎么直到现在，⼤家都还在⾼⾼兴兴地⽤着IPv4地址呢？
这要归功于NAT（Network Address Translation，⽹络地址转换）。
其实，在IPv4地址中，有⼀些特殊的地址范围：
A类地址中，10.0.0.0~10.255.255.255；
李菲儿安宰贤B类地址中，172.16.0.0~172.31.255.255；
x战警一共几部黄毅清父亲C类地址中，192.168.0.0~192.168.255.255。
这些地址，我们称之为“私有地址”。
描写立冬的好词好句什么是私有地址？就是说，这些地址不会在Internet公⽹上出现，任何⼈都可以随便使⽤，不⽤花钱！
随便使⽤？那不会冲突吗？
并不会，因为这些地址只限于你所在的局域⽹内部使⽤，如家庭、企业、学校等，公⽹上并没有这些地址。就好像你在⼀个局域⽹⽤
10.1.1.1，我在另⼀个局域⽹也使⽤10.1.1.1，只要保证各⾃局域⽹内不冲突就⾏。
关于谷雨的古诗可是，如果我们两⼈要通信呢？地址不是冲突了吗？
不不，私有地址只在局域⽹内部使⽤，如果要访问外⽹，需要NAT给你发的数据包整个容！
⼀般情况下，局域⽹接⼊公⽹的出⼝设备上都会配置NAT功能。家庭中常见的“⽆线路由器”，其实本质上不过是⼀台“⽆线NAT”⽽已！
企业、学校的公⽹地址可以花钱向运营商购买固定地址，便于注册域名，向外提供⽹络服务；家庭上⽹⼀般由运营商动态分配。
图中电脑的IP地址是私有地址192.168.1.10，出⼝NAT设备接⼊Internet的公⽹地址是12.34.56.78，假
设公⽹上有⼀台地址为
98.76.54.32的www服务器，内⽹电脑通过浏览器访问它。
电脑产⽣http报⽂，向下交给传输层TCP协议。TCP封装时，源端⼝在49152~65535间随机选择⼀个，如60128，⽬的端⼝为80。
TCP封装后，交给⽹络层IP协议，IP封装源地址为内⽹电脑的私⽹地址192.168.1.10，⽬的地址为公⽹服务器的地址98.76.54.32，协议号为6。
链路层的封装和前⾯⽂章所述⼀样，这⾥我们省略。这个报⽂发到NAT设备后，NAT设备将源地址修改为12.34.56.78，做好记录“内⽹地址192.168.1.10映射到外⽹地址12.34.56.78”，然后将报⽂发到公⽹。
公⽹根据报⽂中的⽬的地址98.76.54.32，将报⽂准确送达服务器。
服务器返回的信息，数据是这样封装的：
源和⽬的端⼝号、IP地址互换位置，公⽹会根据⽬的地址12.34.56.78，把报⽂送达NAT设备。NAT根据记录“内⽹地址192.168.1.10映射到外⽹地址12.34.56.78”，把⽬的地址12.34.56.78换回192.168.1.10，然后根据内⽹地址192.168.1.10把报⽂送达电脑。
但这样的转换⽅式并不妥当，因为⼀个内⽹地址需要对应转换为⼀个外⽹地址，内⽹电脑数量多就会消耗⼤量外⽹地址，并没有起到节省地址的作⽤。
因此，我们所使⽤的NAT，叫做NAPT（Network Address Port Translation，⽹络地址端⼝转换）。
NAT只转换IP封装中的IP地址，⽽NAPT则把传输层的端⼝号和IP地址⼀起转换，可以实现⼀个公⽹地址的复⽤。
假设内⽹有两台电脑，地址分别为192.168.1.10和192.168.1.20，NAT设备地址和服务器地址和上例相同。假设两台电脑同时访问外⽹服务器，电脑A发出的报⽂封装是：
沈泰女朋友电脑B发出的报⽂封装是：
两个数据报⽂到达NAT设备后，NAT设备做个记录：
然后，NAT把电脑A的报⽂修改为：
⽽电脑B的报⽂也被NAT修改为：
可以看到，NAT把两台内⽹电脑发出去的报⽂转换后，仅传输层的源端⼝号不同，IP的封装完全相同。这样⼀来，就可以实现同⼀个公⽹地址被不同内⽹电脑重复使⽤，只需通过端⼝号区别开就可以。外⽹返回的数据报⽂回到NAT设备后，NAT根据之前记录的信息再转换回内⽹地址和内⽹端⼝号，即可把报⽂送达不同的内⽹电脑。
⼩Q：对于没有传输层的报⽂，如ICMP，⽆法进⾏端⼝号转换，NAT会怎么处理呢？
欢迎⼤家留⾔讨论。
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