以下内容转载自为什么我在公司里访问不了家里的电脑？，整理部分格式

概要

需要解决的问题：内网如何访问外网和外网如何访问内网
方案：NAT (Network Address Translation)和内网穿透

NAT

概述

类型，简单介绍，以后用到其他了再研究
假设，家里分配的公网IP为20.20.20.20，家里电脑分配的内网IP为192.168.30.5，将要访问的公网IP为30.30.30.30，如下图
分为私有IP发送数据和私有IP接受数据两个部分，分别使用SNAT和DNAT

SNAT-发送

准备发送数据包的时候，电脑内核协议栈就会构造一个IP数据包
IP数据包报头里的发送端IP地址填的就是192.168.30.5，接收端IP地址就是30.30.30.30。将数据包发到NAT路由器中
此时NAT路由器会将IP数据包里的源IP地址修改一下，私有IP地址192.168.30.5改写为公网IP地址20.20.20.20，即SNAT (Source Network Address Translation)，源地址转换
并且还会在NAT路由器内部留下一条 192.168.30.5 -> 20.20.20.20的映射记录，这个信息会在后面用到
之后IP数据包经过公网里各个路由器的转发，发到了接收端30.30.30.30，到这里发送流程结束

DNAT-接收

如果接收端处理完数据了，需要发一个响应给你的电脑，那就需要将发送端IP地址填上自己的30.30.30.30，将接收端地址填为你的公网IP地址20.20.20.20，发往NAT路由器
NAT路由器收到公网来的消息之后，会检查下自己之前留下的映射信息，发现之前留下了这么一条 192.168.30.5 -> 20.20.20.20记录，就会将这个数据包的目的IP地址修改一下，变成内网IP地址192.168.30.5, 这也叫DNAT（Destination Network Address Translation，目的地址转换）
之后将其转发给你的电脑上

总结

通过SNAT和DNAT可以实现内网访问外网资源
疑问
- 如果有多台设备，NAT路由器改如何填表？=>NAPT
- 外网如何访问内网？=>内网穿透

NAPT

概述

NAPT：Network Address Port Transfer , 即网络地址端口转换
有传输层TCP/UDP时：采用IP + 端口形式
无传输层TCP/UDP时，如ping使用ICMP：采用IP + 标识符形式
- ping报文头里有个Identifier的信息，它其实指的是放出ping命令的进程id
假设，发送端IP地址填的就是192.168.30.5，发送端口是5000，接收端IP地址就是30.30.30.30，接收端口是3000

发送

NAT路由器会将IP数据包里的源IP地址和端口号修改一下，从192.168.30.5:5000改写成20.20.20.20:6000，端口号的映射是随机的
并且还会在NAT路由器内部留下一条 192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000的映射记录
之后数据包经过公网里各个路由器的转发，发到了接收端30.30.30.30:3000，到这里发送流程结束

接收

接收端响应时，就会在数据包里填入发送端地址是30.30.30.30:3000，将接收端是20.20.20.20:6000，发往NAT路由器
NAT路由器发现下自己之前留下过这么一条 192.168.30.5:5000 -> 20.20.20.20:6000的记录，就会将这个数据包的目的IP地址和端口修改一下，变回原来的192.168.30.5:5000
之后将其转发给你的电脑上

内网穿透

使用了NAT上网的话，前提得内网机器主动请求公网IP，这样NAT才能将内网的IP端口转成外网**IP端口**
反过来公网的机器想主动请求内网机器，就会被拦在NAT路由器上，此时由于NAT路由器并没有任何相关的IP端口的映射记录，因此也就不会转发数据给内网里的任何一台机器
解决：通过再加一层实现，即在公网上加一台服务器x，并暴露一个访问域名，再让内网的服务主动连接服务器x，这样NAT路由器上就有对应的映射关系。接着，所有人都去访问服务器x，服务器x将数据转发给内网机器，再原路返回响应，这样数据就都通了。这就是所谓的内网穿透
内网穿透步骤，可查看内网穿透

不同内网通讯

通过服务器建立连接

两个内网的QQ是如何通讯的？
两个在内网的客户端登录QQ时都会主动向公网的聊天服务器建立连接，这时两方的NAT路由器中都会记录有相应的映射关系
当在其中一个QQ上发送消息时，数据会先到服务器，再通过服务器转发到另外一个客户端上。反过来也一样，通过这个方式让两台内网的机子进行数据传输

直连 (P2P)

假设A和B两个局域网内的机子，A内网对应的NAT设备叫NAT_A，B内网里的NAT设备叫NAT_B，和一个第三方服务器server
流程
- step1和2: A主动去连server，此时A对应的NAT_A就会留下A的内网地址和外网地址的映射关系，server也拿到了A对应的外网IP地址和端口
- step3和4: B的操作和A一样，主动连第三方server，NAT_B内留下B的内网地址和外网地址的映射关系，然后server也拿到了B对应的外网IP地址和端口
- step5和step6以及step7: 此时server发消息给A，让A主动发UDP消息到B的外网IP地址和端口。此时NAT_B收到这个A的UDP数据包时，这时候根据NAT_B的设置不同，导致这时候有可能NAT_B能直接转发数据到B，那此时A和B就通了。但也有可能不通，直接丢包，不过丢包没关系，这个操作的目的是给NAT_A上留下有关B的映射关系
- step8和step9以及step10: 跟step5一样熟悉的配方，此时server再发消息给B，让B主动发UDP消息到A的外网IP地址和端口。NAT_B上也留下了关于A到映射关系，这时候由于之前NAT_A上有过关于B的映射关系，此时NAT_A就能正常接受B的数据包，并将其转发给A。到这里A和B就能正常进行数据通信了。这就是所谓的NAT打洞
- step11: 注意，之前我们都是用的UDP数据包，目的只是为了在两个局域网的NAT上打个洞出来，实际上大部分应用用的都是TCP连接，所以，这时候我们还需要在A主动向B发起TCP连接。到此，我们就完成了两端之间的通信