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内网穿透和NAT
为了理解内网穿透首先需要了解一些相关概念。 路由器默认情况下是使用 NATNetwork Address Translation网络地址转换来实现内网访问外网的。当内网中的设备如电脑、手机等需要访问外部网络时路由器会将内网设备的私有 IP 地址转换为路由器的公网 IP 地址并分配一个不同的端口号同时记录下转换关系。例如当内网中的一台电脑私有 IP 地址为 192.168.1.3:56789向外部服务器发送请求时路由器会把源 IP 地址和端口 转换为路由器的公网 IP 地址187.25.x.x:12345外部服务器看到的请求源 IP 就是 187.25.x.x。当外部网络有数据返回时路由器根据之前记录的转换关系将目标 IP 地址从公网 IP 转换回对应的内网设备的私有 IP 地址从而实现通信。
通过 NAT多个内网设备可以共享一个公网 IP 地址与外部网络进行通信有效地解决了 IPv4 地址资源不足的问题。但是同时外部网络看到的是路由器的公网 IP 和特定的端口号而不知道具体是哪个内网设备在进行通信也就不能直接访问内网设备。对于外部网络发起的访问请求路由器通常也会根据特定的规则如访问控制列表ACL进行过滤和转发以保护内网设备的安全。当内网中的设备需要对外提供服务如搭建服务器或者需要与外部特定设备进行通信时由于 NAT 的存在外部设备无法直接找到内网设备。这就产生了对内网穿透技术的需求。内网穿透技术的目的就是打破 NAT 的限制实现外部网络与内网设备的直接通信。
应用场景
内网穿透技术在多种场景中得到广泛应用。例如当用户需要随时随地远程访问家中的电脑、NAS网络附加存储设备或监控摄像头或者在公司内部需要从外网安全地访问公司内部的服务器、办公系统等。
远程办公员工可以通过内网穿透技术访问公司内部的办公系统、文件服务器等资源实现远程办公。智能家居智能家居设备通常处于家庭内网中通过内网穿透技术用户可以在外部网络中远程控制这些设备。游戏联机玩家可以通过内网穿透技术建立游戏服务器与其他玩家进行联机游戏。视频监控将内网中的监控摄像头的视频流通过内网穿透技术传输到外部网络实现远程监控。开发调试开发人员可以通过内网穿透技术将本地开发环境中的服务器暴露到公网方便进行测试和调试。
常见实现方式
内网穿透主要通过以下几种方式实现
反向代理
反向代理位于互联网和网络服务器之间他拦截来自客户端的请求并代表客户端与网络服务器进行通信。如常见的如Nginx。
通过在具有公网 IP 的服务器上搭建反向代理服务将外部网络的请求转发到内网服务器上。反向代理服务器充当了中间人的角色隐藏了内网服务器的真实结构同时也可以实现负载均衡和安全防护等功能。
端口映射
在路由器或防火墙上设置端口映射将内网设备的特定端口映射到公网 IP 地址的某个端口上使得外部设备可以通过公网 IP 和映射后的端口访问内网设备。
一般来说三大运营商的家用带宽都是动态的公网ip每隔一两天会变化一次所以要通过DDNS来实施修改保定的ip推荐DDNS-go案例 1路由器配置DDNS实现域名和动态IP地址绑定 2路由器配置端口映射实现局域网内请求转发
VPN虚拟专用网络
通过建立虚拟隧道将不同内网中的设备连接到同一个虚拟网络中实现内网之间的通信。
同时利用 VPN 技术可以建立一条安全的隧道将内部网络与外部网络连接起来。外部用户通过连接到 VPN 服务器就仿佛处于内部网络中能够访问内部网络的资源。VPN 不仅提供了远程访问的功能还能保证数据传输的安全性通常用于企业内部的远程办公等场景。
P2P点对点技术
利用 P2P 网络的特性让内网中的设备直接与外部设备建立连接无需经过中间服务器。这种方式适用于一些对实时性要求较高的应用如在线游戏、视频会议等。
1UDP 打洞技术常见的实现 P2P 的方式之一。UDP 打洞技术通过中间服务器的协助在各自的 NAT 网关上建立相关表项使 P2P 连接的双方发送的报文能够直接穿透对方的 NAT 网关从而实现双方直接互连。具体过程为客户端 A 向集中服务器发送请求以建立与客户端 B 的 UDP 连接集中服务器将 B 的外网和内网地址二元组发给 A同时也将 A 的相关信息发给 BA 和 B 收到对方信息后开始向对方的外网和内网地址二元组发送 UDP 数据包并自动锁定第一个给出响应的地址二元组从而打开“洞”实现直接通信。但需注意UDP 转换协议提供的“洞”并非绝对可靠NAT 设备内部的 UDP 转换空闲状态计时器可能会关闭一段时间内没有数据通信的“洞”。为避免此问题可在穿越 NAT 后设定一个穿越有效期。
2TCP 打洞技术基于 TCP 的 P2P 应用相对较少但在某些情况下也有打洞需求。TCP 连接的建立依赖三次握手交互NAT 网关处理 TCP 连接时开销较大。不过TCP 协议完备的状态机机制使其能更精确地获取某个 session 的生命期。一种新的代理类型 xtcp 可用于解决此问题例如采用搭建 frp 服务器的方式在传输数据的两端部署 frp 客户端以建立直接连接
注意事项
安全性问题内网穿透可能会带来一定的安全风险如外部攻击、数据泄露等。因此在使用内网穿透技术时需要采取相应的安全措施如加密通信、访问控制等。网络稳定性内网穿透的效果可能受到网络环境的影响如网络延迟、带宽限制等。在选择内网穿透方式时需要考虑网络稳定性因素。法律法规在使用内网穿透技术时需要遵守相关的法律法规不得用于非法目的。
内网穿透技术是一种非常实用的网络技术可以帮助用户在不同内网环境中实现设备之间的通信。在使用内网穿透技术时需要根据实际需求选择合适的方式并注意安全和合法性问题。
