网络协议03 - 路由和NAT

路由

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如前面所知，在不同网段之间转发数据，需要有路由器的支持。然而默认情况下，路由器只知道跟它直连的网段，因此非直连的网段需要通过静态路由、动态路由告诉它。

• 静态路由：管理员手动添加路由信息，适用于小规模网络
• 动态路由：路由器通过路由选择协议(比如RIP、OSPF)自动获取路由信息，适用于大规模网络

首先讲一下静态路由如何手动添加路由信息，如下图所示，如何配置可以让四台主机互相通信？

上图中，计算机0、1可以相互通信，路由器0知道彼此的网段，同理计算机2、3也是一样，但是计算机0想要和计算机3通信，似乎就不行。这里就需要引出路由表的概念，通过添加路由器0的静态路由，来达到访问非直连网段的计算机，当然路由器1的配置方式也是一样的

该静态路由中，通过网络和子网掩码设置需要到达的计算机具体IP或者所处网段，下一跳则设置路由器0相连的其他路由器IP（处于同一网段，因此默认子网掩码一样），表示数据由该路由器进行转发。路由器0的路由表可以有好几种设置方法

• 特定主机路由
  
  这种方式就是直接确定目标计算机的IP，范围为某个具体计算机的IP

• 网络路由
  
  这种方式设置目标计算所处网段，如果在上图交换机3再连接一下计算机4，也是可以到达的，范围为右上或者右下的网段

• 汇总路由
  
  
  这种方式能让以上网段的所有计算机都能收到数据，范围为右边整个网段（前提所有计算机符合以上网段）

• 默认路由
  
  这种方式就是当路由器不知道怎么走的时候，就会选择走默认路由，也就是下一跳（如果有指定路由的话，那么优先选择有指定路由的），范围比上面的汇总路由更广，只要跟下一跳路由器相连的所有网段都可以走

NAT（Network Address Translation）

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在说明NAT之前，首先需要了解公网IP和私网IP

• 公网IP：Internet上的路由器中只有到达公网的路由表，没有到达私网的路由表，公网IP由因特网信息中心(Internet Network Information Center，Internet NIC)统一分配和管理 ，ISP（Internet 服务提供商，如移动、电信等）需要向Internet NIC申请公网IP
• 私网IP：主要用于局域网，以下是保留的私网网段
  • A类:10.0.0.0/8，1个A类网络
  • B类:172.16.0.0/16 ~ 172.31.0.0/16，16个B类网络
  • 192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.0/24，256个C类网络

一般家庭网络都是私网IP，当我们想要访问Internet（公网IP）时，需要进行NAT转换，将为私网IP转换成公网IP，这一步可以由路由器完成。例如上搜索引擎搜索本机IP地址，该地址就是被转换后的公网IP地址（不一定是家里的路由器IP地址，因为有可能会是很多路由器经过多次NAT转换）

NAT的特点是会隐藏内部真实IP，同时可以节约公网IP资源。NAT分为以下几种方式：

• 静态转换：手动配置NAT映射表，将公网IP和私网IP一对一转换，这种方式不能达到节约公网IP的目的，不常用
• 动态转换：定义外部IP地址池，动态随机的将公网IP和私网IP一对一转换，依然不能达到节约公网IP的目的，不常用
• PAT（Port Address Translation）：可以将多个私网IP和一个公网IP进行多对一转换，最大程度节约公网IP资源。采用端口多路复用方式，将每个私网IP对应唯一的端口号，通过该端口号来标识不同的数据流。这是目前应用最广泛的NAT实现方式。