目录
[1. NAT 技术](#1. NAT 技术)
[1.1 NAT 技术背景](#1.1 NAT 技术背景)
[1.2 NAT 的核心工作原理](#1.2 NAT 的核心工作原理)
[1.3 NAPT](#1.3 NAPT)
[1.3.1 NAPT 的工作原理](#1.3.1 NAPT 的工作原理)
[2. 代理服务器](#2. 代理服务器)
[2.1 正向代理](#2.1 正向代理)
[2.2 反向代理](#2.2 反向代理)
[3. NAT 和代理服务器](#3. NAT 和代理服务器)
1. NAT 技术
1.1 NAT 技术背景
在 IPv4 协议中，IP 地址用于现在的网络环境中存在 IP 地址不足的情况，而 NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是解决 IPv4 地址不足问题的关键技术。其核心目的是在局域网（LAN）和公网（Internet）之间，实现私有 IP 地址与公网 IP 地址的转换映射，使多台内网设备共享少量公网 IP 访问互联网。
1.2 NAT 的核心工作原理
如上图所示，全球的网络就是由一个一个子网嵌套式的组成在一起，最后通过一个路由器连入广域网中（公网）。
路由器有两个主要的功能，一是进行地址转换，二是构建子网。
一个路由器可以配置两个 IP 地址，一个是 LAN 口 IP（子网 IP），一个是 WAN 口 IP（上级网络 IP）。
一般家用的主机，都是通过网线连在路由器的 LAN 口上，这表示这个主机属于该路由器构建的子网当中。
在路由器构建的子网当中，路由器的子网 IP 通常都是 192.168.1.1，子网内的主机 IP 地址不能重复，且网络号都为 192.168.0.0。但是不在同一子网的主机 IP 地址可以重复。
每一个路由器在网络中叫做一个节点，运营商就可以将这些节点分成很多层级，最外层的路由器叫做进出口路由器，WAN 口 IP 就是一个公网 IP 。子网内的主机需要和外部网络进行通信时，路由器将 IP 协议首部中 IP 地址进行替换（将 LAN 口 IP 替换为 WAN 口 IP），这样逐级替换，最终内网发出的数据包中的 IP 地址就被替换成了一个公网 IP ，这种技术成为 NAT（网络地址转换）。
1.3 NAPT
使用 NAT 技术可以在解决 IP 地址不足的情况下，使其在内网的主机能够访问到公网上的服务器。但是公网中的服务器想要将应答返回到子网的主机上是做不到的。因为当内网 IP 将数据发送到出入口路由器，路由器使用 NAT 技术将内网 IP 转换成公网 IP，把数据发送给服务器之后，服务器返回应答时，数据包中的目的 IP 为出入口路由器的公网 IP ，所以公网返回的应答到不了子网中的主机中。
这时候就需要 NAPT（Network Address Port Translation，网络地址端口转换） 技术来解决这个问题。NAPT 是 NAT 技术的一种扩展形式。它的核心功能是在转换 IP 地址的同时，对传输层端口号进行映射，从而实现多个内部主机通过同一个公网 IP 地址访问互联网的需求。
1.3.1 NAPT 的工作原理
NAPT 采用 IP + Port 的方式构建映射关系。
如上图所示，客户端 A、B、C 属于同一个子网中，NAT 路由器另外一端连接的是一个公网上的服务器。
当客户端 A 对服务器进行访问的时候，通过 NAT 路由器，路由器不仅将客户端 A 的 IP 地址转换成公网 IP 地址，还将客户端 A 的端口号进行了映射，所以客户端 A 到路由器的转换为：10.0.0.10:1025 -> 202.244.174.37:1025，当客户端 B 使用相同的端口对服务器进行访问的时候，IP 地址的转换和客户端 A 一样，端口号也一样，这时候为了避免冲突，就将端口号映射为另外一个端口号，则客户端 B 到路由器的转换为：10.0.0.11:1025 -> 202.244.174.37:1026。
当服务器返回数据的时候，就可以通过上述的映射关系，找到子网中对应的主机了。
上述的这种映射关系是由 NAT 路由器自动维护的。例如在 TCP 建立连接时，就会生成这个表项，在断开连接后，就会删除这个表项。
2. 代理服务器
2.1 正向代理
正向代理（Forward Proxy）是一种位于客户端（用户）与目标服务器之间的中介服务器，客户端通过正向代理向互联网发送请求，代理服务器代表客户端与目标服务器通信，并将响应返回给客户端。
正向代理的功能如下：
（1）突破访问限制：通过代理服务器允许访问目标网络的区域（如科学上网）。
（2）缓存加速：代理服务器可缓存用户常用资源（如网页、图片、视频等），减少重复请求服务器，减少通信并且减少重复请求相同资源的带宽消耗。
（3）隐私保护：隐藏客户端的真实 IP 地址，目标服务器仅能看到代理服务器的 IP。
（4）内容过滤：正向代理可以根据预设的规则对客户端的请求或响应进行过滤，如屏蔽广告、阻止恶意网站等。
2.2 反向代理
反向代理（Reverse Proxy）是位于目标服务器之前的中介服务器，客户端向反向代理发送请求，代理服务器根据规则将请求转发至后端的真实服务器，并将响应返回给客户端，客户端无需直到真实服务器的存在。
反向代理的功能如下：
（1）负载均衡：将请求分发到多个后端服务器，避免单台服务器过载（如 Nginx）。
（2）安全防护：隐藏真实服务器的 IP 地址，阻拦直接针对服务器的攻击。
（3）缓存与性能优化：缓存静态资源（如 HTML、图片等），减少后端服务器的压力。
（4）服务聚合：统一对外提供的接口，屏蔽后端法务的架构细节。
3. NAT 和代理服务器
路由器往往都具备 NAT 设备的功能，通过 NAT 设备进行中转，完成子网设备和其他子网设备的通信。
代理服务器看上去和 NAT 设备有一点像。客户端向代理服务器发送请求，代理服务器将情趣转发给真正要请求的服务器，服务器返回结果后，代理服务器又把结果回传给客户端。
但是这两者是有区别的：
（1）从应用上讲，NAT 设备是网络基础设备之一，解决的是 IP 不足的问题；代理服务器则更贴近具体应用，比如通过代理服务器进行科学上网，以及进行游戏加速。
（2）从工作层级上讲，NAT 是工作在网络层，直接对 IP 地址进行替换；代理服务器往往工作在应用层。
（3）从使用范围上讲，NAT 一般在局域网的出口部署，代理服务器可以部署在局域网，可以部署在广域网，也可以跨网络部署。
（4）从本质上讲，NAT 一般集成在防火墙、路由器等硬件设备上；代理服务器则是一个软件程序，需要部署在服务器上。