什么是公網IP和內網IP？NAT轉換又是什么鬼？
1、引言
搞網絡通信應用開發的程序員，可能會經常聽到外網IP(即互聯網IP地址)和內網IP(即局域網IP地址)，但他們的區別是什么?又有什么關系呢?另外，內行都知道，提到外網IP和內網IP就不得不提NAT路由轉換這種東西，那這雙是什么鬼?本文就來簡單講講這些到底都是怎么回事。
2、每臺電腦都必須要一個公網IP嗎?
答案：不是。
我們都知道，IPv4中的IP地址的數量是有限的(所以現在都在搞IPv6嘛)，每次把一部分地址分配出去，那么就意味著能夠用來分配的IP地址就更少了，而且隨著現在手機，電腦等的快速發展，如果每個手機或者電腦都要求一個IP地址，那么顯然IP地址是不夠用的。
為了解決這個問題，我們可以采取這樣的策略：例如對于一個公司來說，每個公司都會有一個屬于自己公司的內網(也可以稱之為局域網)。
內網(學名應叫局域網(Local Area Network，LAN))是在一個局部的地理范圍內，一般可以是是幾米內(比如家庭內網)，也可以是方圓幾千米以內(比如一個大學內網)，將各種計算機、外部設備和數據庫等互相聯接起來組成的計算機通信網。
內網主要作用有：
- 1)共享傳輸信道：簡單地理解就是不需要每臺電腦一個外網IP地址;
- 2)傳輸速率高：內網之間的電腦因為沒有外網網絡拓撲的復雜性，所以互相通信的網絡可以很快，比如從一個臺電腦向另一臺電腦復制一個幾G的文件可能只需要數十秒時間。
- 3)誤碼率低：因為通信距離很近，所以誤碼率很低，換句話說就是網絡很穩定(老一點的程序員都知道，讀大學的時候同一個宿舍內網聯網玩C/S游戲，幾乎不會遇到斷網或卡頓的事情，除非有人下毛片或者把網絡給拔了，哈哈)。
3、公司的內網是如何實現內網IP地址分配和管理的?
假如我們給這個公司A分配了一個IP=192.168.1.1。我們把這個IP作為這個公司內網的網關吧。
在公司A的內網里面有3臺電腦，如果這三臺電腦要上網的話，我們需要給他分配一個IP，那么就像上一節提到的：我們一定需要去申請3個IP地址來使用嗎?
答否。我們不一定需要去申請3個IP的，在我們這個內網里，我們可以指定自己的規則，例如，我們可以給這三臺電腦隨便分配三個IP(請注意，這三個IP不是去申請的，而且我自己隨意給它分配的)。分別分配電腦A = 192.168.1.2 電腦B = 192.168.1.3 電腦C = 192.168.1.4。
而這個規則可以由我們的內網網關來管理，就像下面這樣：
4、NAT技術：實現內網電腦訪問外網的能力
假如電腦A想要訪問百度，百度的IP我們假設為：172.168.30.3：
我們都知道，電腦A的IP是我們虛構的，實際上可能并不存在這樣一個IP，如果用電腦A的IP去訪問百度，那肯定行不通。
我們也知道，由于百度和電腦A不在一個局域網內，所以A要訪問百度，那么必須得經過網關。而網關的這個IP地址，是真實存在的，是可以訪問百度的。
為了讓 A 可以訪問百度，那么我們可以采取這樣的方法：讓網關去幫助 A 訪問，然后百度把結果傳遞給網關，而網關再把結果傳遞給 A，這樣不就可以解決了?
不過電腦A、B、C都可能拜托網關去幫忙訪問百度，而百度返回的結果 的目的IP都是網關的IP=192.168.1.1。那么網關該如何進行區分這結果是A的、B的還是C的呢?
我們去訪問百度的時候，不是需要指定一個端口嗎?只要我們把 A的IP + 端口 映射成 網關的IP+端口，不就可以唯一確定身份了?
例如A用端口60去訪問百度，網關把 A的IP+端口60 映射成 網關的IP+端口80 不就可以了?
百度把結果返回給網關的80端口之后，網關再通過映射表，就可以把結果返回給 A的60端口 了。
如果B也是用60端口去訪問百度的話，也是一樣，可以把它映射到90端口。
這種方法地址的映射轉換，我們也稱之為網絡地址轉換，英文為 Network Address Translation，簡稱NAT。
而像A、B、C這樣的IP地址我們也稱之為內網IP，即內網IP;而像網關，百度這樣的IP我們稱之為外網IP(即互聯網公網IP)。
所以，一個典型的內網訪問公網的原理，就像下圖這樣就可以實現了：
現在知道外網IP和內網IP了吧?
5、本文小結
為了解決IP地址短缺，技術專家們發明了內網技術，而內網技術的理論支撐就是NAT技術，所以搞網絡通信的程序員非常有必要對NAT技術有一個深入的理解。
