程序员工作必需之公网和私网

公网IP和私网IP

公网 IP 和私网 IP 的设置方式、用途及特性有本质区别，核心差异在于 "是否能直接被互联网访问"；

• 公网IP主要用于广域网，私网IP主要用于局域网；
• 公网 IP 是设备在互联网的 "公开门牌号"，用于对外提供服务或被全球访问，需向运营商申请。
• 私网 IP 是设备在局域网的 "内部门牌号"，用于本地设备互访，用户可自由设置，安全性更高但无法直接被互联网访问。

实际场景中，多数设备（如手机、电脑、机器人）仅需私网 IP 即可满足本地通信和通过路由器访问互联网；仅当需要被外部设备直接访问时（如搭建服务器、远程控制公网机器人），才需要公网 IP。

公网 IP 与私网 IP 的设置方式

1. 公网 IP：由运营商分配，用户无法自行设置

公网 IP 是全球唯一且可被互联网直接访问的 IP 地址，由国际互联网组织（如 ICANN）统一分配给运营商，再由运营商分配给用户，用户无法自行指定或修改：

• 家庭 / 企业场景：向运营商（如电信、联通）申请 "公网 IP 权限" 后，光猫 / 路由器会从运营商服务器自动获取公网 IP（通过 DHCP 协议），通常是动态的（重启设备可能变化），固定公网 IP 需额外付费。
• 服务器场景：机房或云服务器（如阿里云、AWS）的公网 IP 由服务商分配，可选择动态或固定（固定 IP 需付费），通过服务商控制台配置网络即可。

2. 私网 IP：用户可在本地网络自行设置，仅在局域网内有效

私网 IP 是局域网内设备的标识，范围由国际规定（见下文），用户可在路由器或设备中手动设置，或由路由器通过 DHCP 自动分配：

• 自动分配（推荐） ：路由器默认开启 DHCP 功能，设备（电脑、手机、机器人等）连接网络时，会自动获取私网 IP（如192.168.1.xxx），无需手动操作。
• 手动设置 ：在设备的网络设置中，手动填写 IP 地址（需在私网 IP 范围内）、子网掩码（如255.255.255.0）、网关（路由器的私网 IP，如192.168.1.1）。例：给电脑设置固定私网 IP 192.168.1.100，确保与同网段其他设备不冲突即可。

公网 IP 与私网 IP 的核心区别

维度	公网 IP	私网 IP
范围	全球唯一，无重复（如113.57.xxx.xxx）	仅限私网范围，不同局域网可重复：① 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255② 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255③ 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
访问性	可被互联网中任何设备直接访问（如服务器）	仅能在本地局域网内访问，无法被互联网直接访问
用途	标识设备在互联网中的位置（如网站服务器、公网摄像头）	标识设备在局域网内的位置（如家庭电脑、公司打印机、机器人）
分配方	运营商或云服务商（需申请）	用户自行分配（通过路由器 DHCP 或手动设置）
数量	稀缺（IPv4 仅剩约 43 亿个，已基本耗尽）	无限制（同一私网范围可在不同局域网重复使用）
安全性	直接暴露在互联网，需防火墙防护	隐藏在局域网内，天然受路由器 NAT 保护，安全性更高

设置后的关键差异：通信能力不同

1. 公网 IP 的通信能力：

   • 可直接与互联网中其他公网 IP 设备通信（如你的公网服务器可被全球用户访问）。
   • 例：网站服务器的公网 IP 203.0.113.5，用户通过该 IP 可直接访问网站。

2. 私网 IP 的通信能力：

   • 仅能与同一局域网内的私网 IP 设备通信（如家庭内网中，手机192.168.1.5可直接访问电脑192.168.1.6）。
   • 若要访问互联网，需通过路由器的 "NAT 转换"：路由器将私网 IP 转换为自身公网 IP，再与外部通信（返回数据时再转回私网 IP）。
   • 互联网设备无法直接访问私网 IP（如外部用户无法直接访问你家电脑的192.168.1.100）。

为什么ip地址不够用？

一般需要给每台主机都需要设置一台IP地址，那有了公网和私网，就可以划分区域，在局域网内部用私网IP，外部接口等用公网IP，这样不同局域网下的私网IP可以重复，减少了不够用的情况。

IP地址的分类

IP 地址分类本质是早期互联网为了高效分配和管理有限的 IPv4 地址资源而设计的方案，核心是通过固定的地址前缀快速区分网络规模，方便路由器转发数据。

IP为什么会有类别的区分？

就是为了解决两个核心问题：避免地址浪费 以及简化路由判断。

1. 避免地址浪费：不同规模的网络（如个人家庭、企业、运营商）需要的 IP 数量不同，不能无差别分配，否则会导致大量地址闲置。
2. 简化路由判断：路由器需要快速识别 "某 IP 属于哪个网络"，如果每个 IP 都要逐位分析，效率极低；通过固定分类，路由器只需看前几位就能确定网络类型，提升转发速度。

IPv4 地址是 32 位二进制数（如192.168.1.1，对应 32 位二进制），总数量约 43 亿个。

有A到E五种分类，其中只有ABC三类地址 可以分配给主机或路由器的各接口。

• A类 二进制0开头，主要用于公司、学校等；
• B类 二进制10开头；
• C类 二进制110开头，主要用于家庭。

ABC三类IP地址均由 网络号+网络地址（主机号）组成。主机号全0的地址是网络地址、主机号全1的是广播地址，不能分配给主机或路由器的各接口。

示例 ：若看到一个 IP 以10.开头（前 8 位是00001010，符合 A 类 "前 1 位为 0"），就知道它的网络位是前 8 位，主机位是后 24 位，可容纳约 1677 万台设备；而以192.开头的 IP（前 3 位是110），网络位是前 24 位，主机位仅 8 位，最多容纳 254 台设备（排除网络地址和广播地址）。

由于IP地址的网络号和主机号是固定位数的，使IP地址分类不够灵活，容易造成大量IP地址的浪费。因此，后来出现了无分类域间路由（CIDR） ，用 "子网掩码"（如255.255.255.128）灵活划分网络位和主机位，取代了固定的 A/B/C 类划分。

NAT

私网IP 经过NAT（网络地址转换 Network Address Translation）转换为公网IP；

如何使用NAT？

在私网 连接到互联网的路由器上安装NAT软件，成为NAT路由器，进而应用NAT功能实现转换。

NAT路由器（网关）

在NAT路由器中有一个公网IP池，里边至少有一个有效的公网IP；同时在NAT路由器中会建立公网IP和私网IP的对应关系表。

NAPT

NAPT（网络地址与端口号转换 Network Address and Port Translation）。

• 使用私网的大量主机，可以共用NAPT路由器上的1个全球IP地址；
• NAPT路由器中也会维护一个关系表（包含路由IP和端口号）；
• 在关系表中，当有多个私网IP 进行转换时，所对应的公网IP地址是一样的，只是端口号不一样。

待补充：

• ipv6 和ipv4（32位地址）
• 子网掩码