本文引用了“帥地”發表于公衆号苦逼的碼農的技術分享。
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）和内網IP（即局域網IP地址），但他們的區别是什麼？又有什麼關系呢？另外，内行都知道，提到外網IP和内網IP就不得不提NAT路由轉換這種東西，那這雙是什麼鬼？本文就來簡單講講這些到底都是怎麼回事。
另外，以下是與本文内相關知識點有關聯的文章，可詳細閱讀之：
《P2P 技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》
《P2P 技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》
《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》
《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》
《腦殘式網絡編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什麼？》
學習交流：
- 即時通訊開發交流3群：185926912[推薦]
- 移動端IM開發入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發移動端IM》
（本文同步發布于：http://www.52im.net/thread-2082-1-1.html）
2、系列文章 本文是系列文章中的第6篇，本系列大綱如下：
《腦殘式網絡編程入門(一)：跟着動畫來學TCP三次握手和四次揮手》（本文）
《腦殘式網絡編程入門(二)：我們在讀寫Socket時，究竟在讀寫什麼？》
《腦殘式網絡編程入門(三)：HTTP協議必知必會的一些知識》
《腦殘式網絡編程入門(四)：快速理解HTTP/2的服務器推送(Server Push)》
《腦殘式網絡編程入門(五)：每天都在用的Ping命令，它到底是什麼？》
《腦殘式網絡編程入門(六)：什麼是公網IP和内網IP？NAT轉換又是什麼鬼？》
3、每台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，那麼就意味着能夠用來分配的IP地址就更少了，而且随着現在手機，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，那麼顯然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内網（也可以稱之為局域網）。
内網（學名應叫局域網（Local Area Network，LAN））是在一個局部的地理範圍内，一般可以是是幾米内（比如家庭内網），也可以是方圓幾千米以内（比如一個大學内網），将各種計算機、外部設備和數據庫等互相聯接起來組成的計算機通信網。
内網主要作用有：
1）共享傳輸信道：簡單地理解就是不需要每台電腦一個外網IP地址；
2）傳輸速率高：内網之間的電腦因為沒有外網網絡拓撲的複雜性，所以互相通信的網絡可以很快，比如從一個台電腦向另一台電腦複制一個幾G的文件可能隻需要數十秒時間。
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内網聯網玩C/S遊戲，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）。
4、公司的内網是如何實現内網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作為這個公司内網的網關吧。
在公司A的内網裡面有3台電腦，如果這三台電腦要上網的話，我們需要給他分配一個IP，那麼就像上一節提到的：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，在我們這個内網裡，我們可以指定自己的規則，例如，我們可以給這三台電腦随便分配三個IP(請注意，這三個IP不是去申請的，而且我自己随意給它分配的)。分别分配電腦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内網網關來管理，就像下面這樣：
5、NAT技術：實現内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不在一個局域網内，所以A要訪問百度，那麼必須得經過網關。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，那麼我們可以采取這樣的方法：讓網關去幫助 A 訪問，然後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。那麼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？隻要我們把 A的IP 端口 映射成 網關的IP 端口，不就可以唯一确定身份了？
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端口之後，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地址我們也稱之為内網IP，即内網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，一個典型的内網訪問公網的原理，就像下圖這樣就可以實現了：
現在知道外網IP和内網IP了吧？
6、本文小結 為了解決IP地址短缺，技術專家們發明了内網技術，而内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。
如果你想詳細了解NAT路由轉換技術，不防從下面幾篇文章開始：
《P2P 技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》
《P2P 技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》
《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》
《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
幾點需要注意的地方：
1）對于全球IP，顯然每個IP都是唯一的，而對于私有IP，同一個局域網内，也得是唯一的，但在兩個不同的局域網中，是可以有相同的私有IP的；
2）局域網内主機之間的通信，是不需要進行地址轉換的，而如果需要訪問外網，才需要進行地址轉換。
實際上，我們也可以把這種地址轉換稱之為一種代理。網關就相當于一個代理，把局域網内的主機的一些信息都給隐藏了起來。就像本内裡所描述的那樣，百度并不知道是主機A訪問它，他隻知道是網關訪問了它。
附錄：更多網絡編程方面的文章 [1] 網絡編程基礎資料：
《TCP/IP詳解 - 第11章·UDP：用戶數據報協議》
《TCP/IP詳解 - 第17章·TCP：傳輸控制協議》
《TCP/IP詳解 - 第18章·TCP連接的建立與終止》
《TCP/IP詳解 - 第21章·TCP的超時與重傳》
《技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）》
《通俗易懂-深入理解TCP協議（上）：理論基礎》
《通俗易懂-深入理解TCP協議（下）：RTT、滑動窗口、擁塞處理》
《理論經典：TCP協議的3次握手與4次揮手過程詳解》
《理論聯系實際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程》
《計算機網絡通訊協議關系圖（中文珍藏版）》
《UDP中一個包的大小最大能多大？》
《P2P技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介》
《P2P技術詳解(二)：P2P中的NAT穿越(打洞)方案詳解》
《P2P技術詳解(三)：P2P技術之STUN、TURN、ICE詳解》
《通俗易懂：快速理解P2P技術中的NAT穿透原理》
《高性能網絡編程(一)：單台服務器并發TCP連接數到底可以有多少》
《高性能網絡編程(二)：上一個10年，著名的C10K并發連接問題》
《高性能網絡編程(三)：下一個10年，是時候考慮C10M并發問題了》
《高性能網絡編程(四)：從C10K到C10M高性能網絡應用的理論探索》
《高性能網絡編程(五)：一文讀懂高性能網絡編程中的I/O模型》
《高性能網絡編程(六)：一文讀懂高性能網絡編程中的線程模型》
《不為人知的網絡編程(一)：淺析TCP協議中的疑難雜症(上篇)》
《不為人知的網絡編程(二)：淺析TCP協議中的疑難雜症(下篇)》
《不為人知的網絡編程(三)：關閉TCP連接時為什麼會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》
《不為人知的網絡編程(四)：深入研究分析TCP的異常關閉》
《不為人知的網絡編程(五)：UDP的連接性和負載均衡》
《不為人知的網絡編程(六)：深入地理解UDP協議并用好它》
《不為人知的網絡編程(七)：如何讓不可靠的UDP變的可靠？》
《網絡編程懶人入門(一)：快速理解網絡通信協議（上篇）》
《網絡編程懶人入門(二)：快速理解網絡通信協議（下篇）》
《網絡編程懶人入門(三)：快速理解TCP協議一篇就夠》
《網絡編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異》
《網絡編程懶人入門(五)：快速理解為什麼說UDP有時比TCP更有優勢》
《網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門》
《網絡編程懶人入門(七)：深入淺出，全面理解HTTP協議》
《網絡編程懶人入門(八)：手把手教你寫基于TCP的Socket長連接》
《網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？》
《技術掃盲：新一代基于UDP的低延時網絡傳輸層協議——QUIC詳解》
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