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1、私有ip地址范围：局域网中的电脑如何访问互联网，NAT基本原理了解一下
我们了解了网络组建过程和网络基本传输原理，知道网络其实是由各种设备（如：交换机、路由器、防火墙等）连接在一起的，电脑终端呢是需要分配一个IP地址的。那么理论上我们只要给每台需要连接网络的设备分配一个IP地址，大家就可以互相连接到一起了。起初发明IP地址的时候是定义为一个32位的地址了，就是2的32次方个IP地址可以利用，当初并没有考虑这世界上会有这么多终端设备需要连接。导致这IP地址完全够用啊，那怎么办，这个时候就有了私有IP地址和公有IP地址的概念。
私有IP地址(private address)也叫专用地址，它们不会在互联网上使用，只具有本地意义。因特网分配编号委员会（IANA）保留了3块IP地址做为私有IP地址：
- A类私有地址：10.0.0.0/8，范围是：10.0.0.0~10.255.255.255
- B类私有地址：172.16.0.0/12，范围是：172.16.0.0~172.31.255.255
- C类私有地址：192.168.0.0/16，范围是：192.168.0.0~192.168.255.255
就是说这类IP地址是只能是在内部局域网中使用的，不能在互联网上使用，所以我们在查看自己电脑IP的时候大多都是以192.168.X.X开头的私有IP地址了。那么如果局域网中的设备需要访问互联网，就必须要用公网IP地址进行访问了，这个时候就有了NAT技术。网络地址转换NAT（Network Address Translation）是将一个IP地址转换为另一个IP地址的过程。
NAT主要用于实现内部网络（使用私有IP地址）访问外部网络（使用公有IP地址）的功能。当内网的主机要访问外网时，通过NAT技术可以将其私网IP地址转换为公网IP地址，可以实现多个私网用户共用一个公网IP地址来访问外部网络，这样既可保证网络互通，又节省了公网IP地址。NAT除了解决IP地址短缺的问题，还有两个好处：
- 有效避免来自外网的攻击，可以很大程度上提高网络安全性。
- 控制内网主机访问外网，同时也可以控制外网主机访问内网，解决了内网和外网不能互通的问题。
NAT主要有三种类型：
1.Basic NAT
Basic NAT方式属于一对一的地址转换，在这种方式下只转换IP地址，而不处理TCP/UDP协议的端口号，一个公网IP地址不能同时被多个私网用户使用。
Basic NAT实现过程如下：
- Router收到内网侧Host发送的访问公网侧Server的报文，其源IP地址为10.1.1.100。
- Router从地址池中选取一个空闲的公网IP地址，建立与内网侧报文源IP地址间的NAT转换表项（正反向），并依据查找正向NAT表项的结果将报文转换后向公网侧发送，其源IP地址是162.105.178.65，目的IP地址是211.100.7.34。
- Router收到公网侧的回应报文后，根据其目的IP地址查找反向NAT表项，并依据查表结果将报文转换后向私网侧发送，其源IP地址是211.100.7.34，目的IP地址是10.1.1.100。
由于Basic NAT这种一对一的转换方式并未实现公网地址的复用，不能有效解决IP地址短缺的问题，因此在实际应用中并不常用。
2.NAPT
除了一对一的NAT转换方式外，网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）可以实现并发的地址转换。它允许多个内部地址映射到同一个公有地址上，因此也可以称为“多对一地址转换”或地址复用。NAPT方式属于多对一的地址转换，它通过使用“IP地址＋端口号”的形式进行转换，使多个私网用户可共用一个公网IP地址访问外网。
NAPT实现过程如下：
- Router收到内网侧Host发送的访问公网侧Server的报文。比如收到Host A报文的源地址是10.1.1.100，端口号1025。
- Router从地址池中选取一对空闲的“公网IP地址＋端口号”，建立与内网侧报文“源IP地址＋源端口号”间的NAPT转换表项（正反向），并依据查找正向NAPT表项的结果将报文转换后向公网侧发送。比如Host A的报文经Router转换后的报文源地址为162.105.178.65，端口号16384。
- Router收到公网侧的回应报文后，根据其“目的IP地址＋目的端口号”查找反向NAPT表项，并依据查表结果将报文转换后向私网侧发送。比如Server回应Host A的报文经Router转换后，目的地址为10.1.1.100，端口号1025。
3.NAT Server
NAT具有屏蔽内部主机的作用，但有时内网需要向外网提供服务，比如提供WWW服务或者FTP服务。这种情况下需要内网的服务器不被屏蔽，外网用户可以随时访问内网服务器。NAT Server可以很好地解决这个问题，当外网用户访问内网服务器时，它通过事先配置好的“公网IP地址+端口号”与“私网IP地址+端口号”间的映射关系，将服务器的“公网IP地址+端口号”根据映射关系替换成对应的“私网IP地址+端口号”。
NAT Server的地址转换过程如下：
- 在Router上配置NAT Server的转换表项。
- Router收到公网用户发起的访问请求，设备根据该请求的“目的IP209.102.1.68+端口号80”查找NAT Server转换表项，找出对应的“私网IP192.168.1.68+端口号80”，然后用查找结果替换报文的“目的IP+端口号”。
- Router收到内网服务器的回应报文后，根据该回应报文的“源IP地址192.168.1.68＋源端口号80”查找NAT Server转换表项，找出对应的“公网IP209.102.1.68+端口号80”，然后用查找结果替换报文的“源IP地址＋源端口号”。
以上就是NAT技术的基本原理了，可以说这是路由器的一个基本功能，这就不难理解我们在家里如果上网就需要买个家用路由器了，从技术上理解就是路由器具有NAT功能，可以把局域网中的多台终端设备的私有IP转换成公网IP从而访问互联网了。
2、私有ip地址范围，ip地址的分类及私有ip
1995年第二次信息化浪潮以来，网络从萌芽逐步走向世界互联。尤其伴随IPv6协议和新一代5G移动通信技术，万物互联的时代正大步向我们走来。
我们之所以能够在网络中实现精准的通信，依靠的都是我们联网设备的IP地址。IP地址犹如设备在互联网中的家庭住址，数据包正是通过在网络中寻址IP，最终从源地址发送到目的地址。
1 IP地址 & MAC地址？
现有IPv4地址是由32位二进制数表示，为了方便记忆和表达，每8bit为一组分组，并将每组转化为十进制数，用“.”隔开，组成我们日常生活中所见的IP地址。
IP地址由网络标识和主机标识组成，网络标识用来区分IP地址是否属于同一网段，主机地址即MAC地址。
那什么是MAC地址？
MAC地址是烧录进设备ROM中，用以唯一标识设备的身份标签，每一个网卡的MAC地址都是世界惟一的。IP地址可能由于设备所接入不同区域、网口，有所变动；MAC地址，有生之年，至死不渝。
MAC地址由48位比特位组成，同样为了直观描述，用十六进制数进行表示。
MAC地址位数构成
IP地址正是根据网络标识和主机标识，分为A、B、C、D、E五类。其中，D类和E类用作特殊用途，本文不加讨论，其他IP地址分类规则如下：
A类IP，其首位必须以“0”开头，1-8比特位为网络标识，后24位为主机标识。因此，其IP范围宽度为：
A类IP：0.0.0.0- 127.255.255.255
B类IP，其首位必须以“10”开头，1-16比特位为网络标识，后16位为主机标识。因此，其IP范围宽度为：
B类IP：128.0.0.0- 191.255.255.255
C类IP，其首位必须以“110”开头，1-24比特位为网络标识，后8位为主机标识。因此，其IP范围宽度为：
C类IP：192.0.0.0- 223.255.255.255
根据网络标识和主机标识，每种IP地址所能容纳的网段数量和主机数量：
IP地址分类及容量
2 信息在网络中是如何传输的?
数据包在互联网中的传输，十分类似快递包裹在物流网络中的运送。
以双十一网购为例：
我们下单A区货物后，由A区域附近的物流网点进行揽件，运送至转运中心A，再由转运中心A运送至直连的转运中心B，转运中心B将包裹分发到B区域的网点，由快递员派件（实际过程涉及更多级转运节点）。
在此过程中，大数据中心会自动计算最佳的寄送路线，生成一张包含出发地、目的地的快递单。物流转运中心和各级网点，就是根据这张快递单，实现快递包括的分拣、导流，确定快递下一站的运送信息。
我们的快递包裹正是经过物流公司网点、转运中心以及快递员等多个节点流转的物流网络，最终到达我们手上。
这种快递运送方式，成为轴辐式物流网络。
这里的快递包裹就相当于网络中需要传输的数据包，网点与转运中心、转运中心与直连的转运中心，就是数据链路，不同链路组成的物流网络就是我们所说的互联网。
互联网是数据链路的集合。快递单据上面的出发地和目的地，就是源MAC地址和目的MAC地址，而各级分拣系统，其实就是路由器。
所以说，IP地址是互联网设备在网络中唯一的地址标签。
3 公网 & 私网？
问题来了，既然IP地址是互联网设备唯一的地址标签，为什么我们通过网络和DOS命令查询的本机IP是不同的？
百度查询IP地址
DOS命令查询IP地址
通俗理解，IP地址可分为公有地址（公网IP）和私有地址（内网IP）。
通过百度查询的IP地址，正是公网IP地址，是我们内网设备访问外部网络的唯一通道。内网IP则由路由器分配，方便局域网内设备之间的互相通信。
公网IP通过路由器分配内网IP
前面说了，现有IPv4地址是由32位二进制数表示，为了方便记忆和表达，每8 bit为一组分组，并将每组转化为十进制数，用“.”隔开，组成我们日常生活中所见的IP地址。
若以2的32次方计算，全球可联网的设备：2^32 = 4294967296（台）
事实上，目前全球设备“网络化”的进程才达到25%左右，待入网的设备数量远远超过这个数量。
而且，由于IP地址是由“网络标识 主机标识”共同组成，使得实际能够联网的设备数量少了很多。
如果每个联网设备都分配一个公网IP地址，显然，是很匮乏的。因而，才有了公网IP和内网IP的概念，公网IP通过路由器分配内网IP，让更多设备接入互联网。
4 为什么你的IP都是192.168？
公网IP的地址十分有限。在常用的A、B、C三类地址中，绝大多数地址其实都是公网IP地址。公网IP是需要向国际互联网信息中心申请注册，才能使用的。
疑惑来了，那么公网IP和内网IP，怎么区分呢？
为什么我们常见的局域网的IP地址都是192.168.XXX.XXX这类IP呢？
IPv4地址协议中预留了3个IP地址段，专门用作私有地址，仅供内网使用。这三个私网网段，恰好分布在A、B、C三类IP地址中：
A类地址：10.0.0.0--10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0--172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0--192.168.255.255
目测可见，私网地址中可容纳的主机数量为A>>B>>C，所以私有网段的分配是按需分配。
常见的家庭局域网容量相对小，则常用C网段的私网：192.168.xxx.xxx
而大型企业，则选择主机容量大的A类或B类私网，作为局域网IP。
比如我公司的主机私网IP为：172.16.xx.xx
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