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聯(lián)網那么大，為什么我家里的設備連不上外面的世界？NAT？端口映射？內網穿透？

這三個到底是一個意思，還是完全不同？

別急，今天這篇文章，帶你一次性徹底搞懂這幾個網絡世界的“玄學”名詞。建議點贊收藏 ??，早晚用得上！

核心概念

1. NAT： 網絡地址轉換，是一種基礎網絡機制，解決IP地址不足問題，讓多個內網設備共享一個公網IP訪問互聯(lián)網。
2. 端口映射： 是NAT的一種具體配置方式，由網絡管理員主動設置，將路由器的公網IP的某個端口映射到內網特定設備的特定端口，允許外部主動發(fā)起訪問內網服務。
3. 內網穿透： 是一種技術/服務/解決方案，用于在設備位于不支持端口映射或沒有公網IP的NAT網關之后的情況下，建立從公網到內網服務的連接通道。它依賴于NAT和端口映射的原理，但通過更復雜的方式（如中繼服務器、打洞）實現目標。

詳解區(qū)別

1. NAT (Network Address Translation - 網絡地址轉換)

• 基礎機制： 是現代網絡（尤其是家庭和企業(yè)網絡）連接互聯(lián)網的基礎。
• 默認阻止入站連接： NAT的默認行為是只允許內網主動發(fā)起的連接（出站）。對于外部主動發(fā)起的、指向NAT網關公網IP的新連接請求，如果NAT映射表中沒有預先存在的對應條目，該請求會被丟棄（防火墻功能通常也起作用）。這是保護內網安全的重要屏障。
• 透明性： 對于內網設備來說，訪問外網通常是透明的（不需要特殊配置）。
• 內網設備發(fā)起出站連接（訪問外網）時，NAT網關（通常是路由器）會：
• 當外網服務器返回數據包到達NAT網關時，網關根據映射表，將目標IP（公網IP）和目標端口（臨時端口）反向轉換回對應的內網設備的私有IP和私有端口，然后將數據包轉發(fā)給內網設備。
• 是什么？ 一種在IP網絡中廣泛使用的技術，主要用于解決IPv4地址枯竭的問題。它允許一個局域網（LAN）內的多臺設備（擁有私有IP地址，如 192.168.x.x, 10.x.x.x, 172.16.x.x - 172.31.x.x) 共享一個或少量公網IP地址訪問互聯(lián)網。
• 如何工作？
• 關鍵特性：
• 解決的問題： 核心是解決公網IPv4地址不足的問題，并附帶提供了一定的內網安全隔離。
1. 將數據包的源IP（私有IP）替換為網關的公網IP。
2. 將數據包的源端口替換為一個臨時分配的、不沖突的端口號（端口轉換，PNAT/PAT）。
3. 建立一個NAT映射表（或叫連接跟蹤表），記錄這個轉換關系（私有IP:私有端口 <-> 公網IP:臨時端口）。

1. 端口映射 (Port Forwarding / Port Mapping)

• 主動配置：必須由管理員手動在路由器上設置。
• 允許外部主動入站連接： 它明確地在NAT防火墻上“開了一個洞”，允許外部網絡主動發(fā)起連接訪問指定的內網服務。
• 依賴公網IP： 要求路由器的WAN口擁有一個公網可路由的IP地址（或能被外部訪問到的IP）。如果路由器本身也在運營商級NAT之后（即沒有真正的公網IP），端口映射失效。
• 精準定位： 映射到特定的內網IP和端口。
• 管理員在路由器上設置一條規(guī)則：當有外部連接請求到達路由器的公網IP的特定端口X時，路由器應該將這個請求轉發(fā)到內網特定設備的特定端口Y上。
• 例如：公網IP:8080 -> 內網服務器IP(192.168.1.100):80。
• 當外部客戶端連接 路由器公網IP:8080 時，路由器根據配置的映射規(guī)則，將請求的目標IP和端口修改為 192.168.1.100:80，并將數據包轉發(fā)給該服務器。服務器響應的數據包在返回時，路由器再反向修改源IP和端口，使其看起來是從公網IP:8080回復的。
• 是什么？ 是管理員在NAT網關（路由器）上主動配置的一項規(guī)則。它屬于NAT功能的一部分，是一種靜態(tài)NAT或目的NAT。
• 如何工作？
• 關鍵特性：
• 解決的問題： 在擁有公網IP的前提下，解決讓外部網絡能夠主動訪問NAT網關后特定內網服務的問題（如家里的NAS、攝像頭、Web服務器、游戲服務器等）。

2. 內網穿透 (NAT Traversal / Hole Punching)

• 解決方案： 不是單一技術，是多種技術的組合或服務。
• 應對限制： 專門解決沒有公網IP或無法配置端口映射的場景（如手機熱點、4G/5G網絡、CGNAT環(huán)境）。
• 依賴中介： 通常需要公網服務器（STUN/TURN/信令服務器） 的協(xié)助來發(fā)現地址、協(xié)調連接或中繼數據。
• 復雜性： 實現比端口映射復雜得多，需要專門的軟件（客戶端/服務端）或服務商（如花生殼、frp、ngrok、ZeroTier, Tailscale等）。
• 連接方向： 雖然最終目的是訪問內網服務，但初始連接通常是由內網設備主動“向外”發(fā)起到中介服務器，再由中介引導建立通道。
• 中繼 (Relaying):
• 打洞 (Hole Punching):
• 利用現有連接： 某些協(xié)議（如FTP, SIP, ICE/STUN/TURN）在應用層協(xié)商額外的端口，并引導NAT創(chuàng)建所需的映射。
• 內網設備主動連接到一個擁有公網IP的第三方服務器（中繼服務器）。
• 外部訪問者也連接到這個中繼服務器。
• 服務器在兩者之間轉發(fā)數據。這是最可靠但速度最慢的方式（數據要走兩次服務器）。
• UDP打洞： 最常見。兩個內網設備先各自連接公網協(xié)調服務器。服務器交換雙方經過NAT轉換后的“公網IP:端口”信息。雙方同時嘗試向對方的“公網IP:端口”發(fā)送UDP包。這些初始包通常會被對方的NAT丟棄（因為沒有映射），但神奇的是，它們在自己的NAT設備上打開了一個臨時的、允許對方IP進來的“洞”。之后，雙方就能通過這個“洞”直接通信了。成功率取決于NAT類型。
• TCP打洞： 原理類似UDP，但TCP是面向連接的，實現更復雜，成功率更低。
• 是什么？ 是一系列技術和服務的統(tǒng)稱，其目的是在設備位于不支持端口映射、沒有權限配置端口映射、或者設備本身位于多層NAT之后（運營商級NAT/CGNAT）導致沒有公網IP的情況下，實現從公網訪問內網服務或建立兩個都在NAT之后的設備間的直接通信。
• 如何工作？ (常用方法)
• 關鍵特性：
• 解決的問題： 在不具備端口映射條件（無公網IP、多層NAT、無配置權限）下，實現公網訪問內網服務或NAT后設備間的P2P通信。

總結與關系圖

• NAT 是基礎： 端口映射和內網穿透都建立在NAT存在的環(huán)境之上。
• 端口映射 是 NAT 的一種主動配置方式： 它是管理員在擁有公網IP的NAT網關上直接“開端口”指向內網設備，允許外部主動入站連接。簡單直接，但依賴公網IP和配置權限。
• 內網穿透 是 繞過 NAT 限制的解決方案： 當端口映射無法實現（無公網IP、無配置權限）時，利用各種技術（中繼、打洞等）和中介服務器，在NAT的默認規(guī)則下“鉆”出一條通道，實現訪問或通信。更通用，但更復雜，通常需要第三方或自建服務器。

關系圖：

           [ 互聯(lián)網 / 公網 ]
                   ^
                   |
+-------------------------------------+
|          [ NAT 網關 (路由器) ]       | <---- 端口映射 (管理員配置規(guī)則)
|                     ^               |       (公網IP:PortX -> 內網IP:PortY)
|                     |               |
|     +---------------+-----------+   |
|     |                           |   |
| [內網設備A]               [內網設備B] |
|     | (私有IP, 如192.168.1.2)  |   |
+-------------------------------------+
      |                           ^
      |                           |
      |       內網穿透            |
      |       (例如：            |
      |        * 內網設備A主動連接公網穿透服務器S |
      |        * 外部客戶端C連接服務器S      |
      |        * S中繼A<->C的數據 或       |
      |        * S幫助A和C嘗試打洞建立直接連接) |
      |                           |
      +---------------------------+

對比

簡單來說

• NAT 是讓“家里所有人都能用同一個門牌號收發(fā)快遞（但只能發(fā)，收需要特別說明）”。
• 端口映射 是“你告訴快遞員：送到門牌號8080的包裹，直接轉交給客廳的張三”。
• 內網穿透 是“家里沒有門牌號（或者門牌號是小區(qū)共用的），張三主動聯(lián)系了一個中轉站，讓快遞先送到中轉站，中轉站再想辦法轉交給張三，或者指導快遞員和小區(qū)物業(yè)臨時開一個后門通道”。

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閱讀原文：https://mp.weixin.qq.com/s/TwCBf2KJC2k3JNT22aKdpQ