NAT技术背景
我们知道IPV4地址大概有四十多亿个，随着网络的发展，IPV4地址也逐渐枯竭，随着路由压力1994 年以 RFC 1631 标准化为 "短期解决方案"，通过地址复用与端口转换实现私网对公网的高效接入，同时推动私有地址规范与 NAT 穿越、IPv6 过渡技术发展，成为 IPv4 延长生命周期的关键支柱。
NAT技术当前解决IP地址不够⽤的主要⼿段, 是路由器的⼀个重要功能;
- NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP. 也就是就是⼀种将私有IP和全局IP相互转化的技术⽅法:
- 很多学校, 家庭, 公司内部采⽤每个终端设置私有IP, ⽽在路由器或必要的服务器上设置全局IP;
- 全局IP要求唯⼀, 但是私有IP不需要; 在不同的局域⽹中出现相同的私有IP是完全不影响的;
NAT IP转换
在主机通过路由器访问公网时，是一定会在路由器上留下痕迹的，例如主机的私网IP和你所访问的服务器的公网IP，而路由器就会将此映射关系保存在NAT表中。由此服务器所返回的内容就可以通过该表一层一层返回到你的主机。
假设主机（IP：10.0.0.10）要通过路由器（LAN口IP：10.0.0.1， WAN口IP：202.244.174.37）访问服务器（IP：163.221.120.9）步骤就如下。
- NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成自己的WAN端口全局的IP 202.244.174.37;
- NAT路由器收到外部的数据时, ⼜会把⽬标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10;
- 在NAT路由器内部, 有⼀张⾃动⽣成的, ⽤于地址转换的表;
- 当 10.0.0.10 第⼀次向 163.221.120.9 发送数据时就会⽣成表中的映射关系;
NAPT
但是仅仅靠IP的映射还是会有很多问题：局域⽹内, 有多个主机都访问同⼀个外⽹服务器, 那么对于服务器返回的数据中, ⽬的IP都是相同的（路由器的WAN口IP）. 那么NAT路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域⽹的主机?
NAPT解决这个问题了. 使⽤IP+port来建⽴这个关联关系。
由主机IP+端口号与路由器的LAN口IP+端口号**<构成唯一映射>**路由器WAN口IP+端口号与服务器IP+端口号。
目的IP的端口号一般都是设定好的（例如HTTP默认端口号80），主机源IP端口号也简单由操作系统直接分配，路由器会维护一个可用端口池，WAN口IP端口号则会直接直接在池子中选一个。
这种关联关系也是由NAT路由器⾃动维护的. 例如在TCP的情况下, 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。
NAT技术的缺陷
- 由于NAT依赖这个转换表，所以有诸多限制：
- 无法从NAT外部向内部服务器建立连接。
- 装换表的生成和销毁都需要额外开销。
- 通信过程中一旦NAT设备异常, 即使存在热备, 所有的TCP连接也都会断开。
代理服务器
代理服务器
正向代理（Forward Proxy）是⼀种常⻅的⽹络代理⽅式，它位于客⼾端和⽬标服务器之间，代表客⼾端向⽬标服务器发送请求。正向代理服务器接收客⼾端的请求，然后将请求转发给⽬标服务器，最后将⽬标服务器的响应返回给客⼾端。通过这种⽅式，正向代理可以实现多种功能，如提⾼访问速度、隐藏客⼾端⾝份、实施访问控制等。
工作原理
- 客户端配置代理：客户端在浏览器 / 系统设置中，指定正向代理服务器的 IP 和端口。
- 客户端发起请求 ：客户端需要访问目标服务器时，不会直接发送请求，而是将请求发送给正向代理服务器。
- 代理转发请求 ：正向代理服务器收到请求后，会以自己的身份向目标服务器发送请求。
- 代理接收并回传响应：目标服务器将响应返回给正向代理，代理再把响应转发给客户端。
正向代理有一个特点就是：在这个过程中，目标服务器只能看到正向代理的 IP 地址，无法获取客户端的真实 IP。
功能特点
- 缓存功能：正向代理服务器可以缓存经常访问的资源，当客⼾端再次请求这些资源时，可以直接从缓存中获取，提⾼访问速度。
- 内容过滤：正向代理可以根据预设的规则对请求或响应进⾏过滤，如屏蔽⼴告、阻⽌恶意⽹站等。
- 访问控制：通过正向代理，可以实现对特定⽹站的访问控制，如限制员⼯在⼯作时间访问娱乐⽹站。
- 隐藏客⼾端⾝份：正向代理可以隐藏客⼾端的真实IP地址，保护客⼾端的隐私。
- 负载均衡：在多个⽬标服务器之间分配客⼾端请求，提⾼系统的可扩展性和可靠性。
应⽤场景
- 企业⽹络管理：企业可以通过正向代理实现对员⼯⽹络访问的管理和控制，确保员⼯在⼯作时间内专注于⼯作，避免访问不良⽹站或泄露公司机密。
- 公共⽹络环境：在公共场所如图书馆、学校等提供的⽹络环境中，通过正向代理可以实现对⽹络资源的合理分配和管理，确保⽹络使⽤的公平性和安全性。
- 提⾼访问速度：对于经常访问的⽹站或资源，正向代理可以通过缓存机制提⾼访问速度，减少⽹络延迟。
- 跨境电商与海外访问：对于跨境电商或需要访问海外资源的企业和个⼈，正向代理可以帮助他们突破⽹络限制，顺畅地访问海外⽹站和资源。
反向代理
原理
反向代理服务器，也是一个位于客户端和目标服务器之间的服务器，与正向代理相反，是建立在服务器之前，客户端向抖音服务器发起数据请求时，由反向代理服务器将客户端的数据请求收集起来，再由其推送给真正的后端目标服务器进行处理，数据处理完毕后抖音服务器再将数据结果直接返回给客户端。
反向代理服务器是⼀种⽹络架构模式，其作为Web服务器的前置服务器，接收来⾃客⼾端的请求，并将这些请求转发给后端服务器，然后将后端服务器的响应返回给客⼾端。这种架构模式可以提升⽹站性能、安全性和可维护性等
内网穿透
可是再平常生活中并不仅仅只访问服务器，有时候内网之间也要交互，比如微信聊天就是两台内网中的主机进行信息交互，那要咋整呢？
内网穿透（也叫NAT 穿透）是一种突破内网与公网隔离限制的网络技术，核心目标是让公网设备能够主动访问处于 NAT / 防火墙后的内网服务。
为了实现内网穿透，我们来了解一下内网打洞，它是实现内网穿透的核心技术手段。
内网打洞
以两个处于不同 NAT 后的设备 A（内网）和设备 B（公网）通信为例：
- 获取 NAT 映射信息：设备 A 先向服务器（有公网 IP的）发送请求，服务器会返回设备 A 在 NAT 上的公网 IP: 端口映射关系（比如
202.244.174.37:32768）。 - 交换映射信息：设备 A 将自己的公网映射信息，通过一个公共信令服务器发送给设备 B。
- 发起打洞请求：设备 B 使用收到的公网映射信息，向设备 A 的 NAT 公网端口发送数据包；同时设备 A 也向设备 B 的公网 IP 发送数据包。
- 建立直连通道：双方的数据包会触发各自的 NAT 设备生成映射条目，最终实现设备 A 和设备 B 的P2P 直连，后续数据无需中继。
总结
- NAT/NAPT：解决 IPv4 地址枯竭，通过私有 IP 与公网 IP 的转换实现内网访问公网，NAPT 进一步用IP + 端口的映射，解决多主机共享公网 IP 的转发歧义。
- 正向 / 反向代理：正向代理替客户端发请求，可隐藏客户端 IP、突破访问限制；反向代理部署在服务端前，优化服务性能与安全性。
- 内网穿透（NAT 打洞）：借助公网信令服务器交换设备的公网映射信息，双向发包触发 NAT 生成映射，实现内网设备 P2P 直连，满足内网间通信需求。