一.NAT技术
NAT技术是为了解决IPv4协议中，IP地址不足的问题。NAT能够将私有IP对外通信时转为公网IP，私有IP可以重复，但在同一内网中是唯一的，而公网IP在全球内都是唯一的。
我们在进行消息路由的过程中，NAT技术会将我们的源IP地址一直进行替换，当替换到出入口路由器（进入公网）之后，就不再进行替换了。但我们一直有一个问题还没有解决：从公网向内网发送数据的时候，我们到了出入口路由器之后怎么将消息路由到对应的内网主机呢？
并且，一个出入口路由器里面的内网环境非常复杂，里面可能包含了多个重复的内网IP，如果这些内网IP同时访问公网中的同一个服务器，那么它们源ip替换的时候，不就变成了相同的两个报文了？
NAPT表
在每个路由器上，除了有一张路由表外，还有一张NAPT表，该表中记录了源Ip，源端口和替换之后的ip和端口之间的映射关系。因为有可能存在上面的那种情况（同时有相同的私有IP和port访问同一个公网服务器），所以，在进行srcIP的替换时，端口号也有可能发生变化！！！
如上图所示，两个私有IP + port在进行替换的时候，替换成了同一个公网IP，但port不同，而这样就能确定全网内唯一的一个进程。
有了NAPT表，我们在向外进行通信的时候，就是构建该映射的过程。此时外网在向我们应答的时候，到了出入口路由器，通过查NAPT表，就可以得知该公网ip+port与内网ip+port之间的映射关系，就可以将消息转发到内网中了。
二.代理服务
1.正向代理
正向代理（Forward Proxy）是一种常见的网络代理方式，它位于客户端和目标服务器之间，代理对象为客户端，代表客户端向目标服务器发送请求。正向代理服务器接收到客户端的请求，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户端。通过这中方式，正向代理可以实现多种功能，如提高访问速度，隐藏客户身份，实施访问控制等……
工作原理：
- 客户端将请求发送给正向代理服务器
- 正向代理服务器接收请求，并根据配置进行处理，如缓存查找，内容过滤等
- 正向代理服务器将处理后的请求转发给目标服务器
- 目标服务器处理请求，并将响应返回给正向代理服务器
- 正向代理服务器将响应返回给客户端
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，当客户端再次请求这些资源时，可以直接从缓冲中获取，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/响应进行过滤，如屏蔽广告、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；
- 隐藏客户端身份：正向代理可以隐藏客户端的真实IP地址，保护客户端的隐私；
- 负载均衡：在多个目标服务器之间分配客户端请求，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。
- 内容过滤与保护：家长可以通过设置正向代理来过滤不良内容，保护孩子免受网络上 的不良信息影响。
- 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
- 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。
2.反向代理
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 来自客户端的请求，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 给客户端。这种架构模式可以提升网站性能、安全性和可维护性等。代理对象：服务器集群。
基本原理：
- 反向代理服务器位于客户端和 Web 服务器之间，当客户端发起请求时，它首先 会到达反向代理服务器。反向代理服务器会根据配置的规则将请求转发给后端的 Web 服务器，并将 Web 服务器的响应返回给客户端。在这个过程中，客户端并不知道实际 与哪个 Web 服务器进行了交互，它只知道与反向代理服务器进行了通信。
应用场景：
- 负载均衡：反向代理服务器可以根据配置的负载均衡策略，将客户端的请求分发 到多个后端服务器上，以实现负载均衡。这有助于提升网站的整体性能和响应速度， 特别是在高并发场景下。
- 安全保护：反向代理服务器可以隐藏后端 Web 服务器的真实 IP 地址，降低其被直接攻击的风险。同时，它还可以配置防火墙、访问控制列表（ACL）等安全策略， 对客户端的请求进行过滤和限制，以保护后端服务器的安全。
- 缓存加速：反向代理服务器可以缓存后端 Web 服务器的响应内容，对于重复的 请求，它可以直接从缓存中返回响应，而无需再次向后端服务器发起请求。这可以大 大减少后端服务器的负载，提升网站的响应速度。
- 内容过滤和重写：反向代理服务器可以根据配置的规则对客户端的请求进行过滤 和重写，例如添加或删除请求头、修改请求路径等。这有助于实现一些特定的业务需 求，如 URL 重写、用户认证等。
- 动静分离：在大型网站中，通常需要将静态资源和动态资源分开处理。通过将静 态资源部署在反向代理服务器上，可以直接从反向代理服务器返回静态资源的响应， 而无需再次向后端服务器发起请求。这可以大大提升静态资源的访问速度。（静态资源比如：网页、图片、音频、视频等等；动态资源：登录、表单提交等等）
- CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）就是采用了反向代理的原理
3.CDN
CDN，内容分发网络，我们可以将一些静态资源，部署到一些CDN节点上，用户在获取这些资源的时候，就不用访问源服务器，直接访问距离自己最近的CDN服务器，如果用户访问的这些资源CDN上没有，CDN转而向服务器对获取，并在该CDN上缓存在内容。
什么时候需要用到CDN呢？
- 用户分布广：比如全国 / 全球用户访问同一网站，需就近获取内容。
- 流量大 / 并发高：电商大促、视频直播等场景，避免源站被流量压垮。
- 对速度敏感：如移动端 App、游戏客户端，要求资源加载毫秒级响应。
- 静态资源占比高：若网站 80% 以上是图片、视频等静态内容，CDN 加速效果最显著
简单理解CDN是如何工作的：
传统的DNS域名解析，会直接解析到源服务器位置，让客户端直接连接该源服务器。而CDN采用的是智能DNS解析，客户端再通过域名访问服务器时，智能DNS会将该域名解析为距离客户端最近的一个CDN节点IP，而非源IP。接着客户端再向CDN节点申请资源时，就照常返回，如果该节点没有该资源，则从源站获取，再返回给客户端。
CDN缓存没有该资源时，需要进行回源操作，即申请特定资源。CDN 节点回源时，通常会携带用户请求的关键信息（如 URL、请求头），同时可能伪装成 “特定客户端”（如添加
X-Forwarded-For头传递用户真实 IP），确保源站正确响应。
生活化的例子：
- 传统 DNS 解析：像直接查地图找餐厅地址，所有人都去同一间餐厅（源站），人多会排队（响应慢）。
- CDN 智能 DNS 解析：像查 “连锁餐厅地图”，系统根据你的位置推荐最近的分店（CDN 节点），分店有食材（缓存）就直接上菜，没有就从总厨房（源站）调货并备存。
4.科学上网
当我们再国内访问外网的资源时，其实都要将请求推送到运营商构建的子网中，运营商路由器捕捉到你的请求是访问外网的资源，直接就对你的请求做了拦截。
而我们科学上网得本质，其实就是借助VPN对我们得请求拦截，并且对请求进行加密，然后VPN替我们访问位于香港得一台代理服务器，此时，运营商无法查看我们的请求内容，我们访问的也是合法的资源，这样我们得请求就到了代理服务器，代理服务器也安装了相同的软件，对我们的请求做解密，在替我们访问对应的外网服务器，并将资源替我们返回过来。
所以，科学上网得本质就是一种正向代理服务器，服务器替我们去访问，然后将结果替我们在返回。
三.内网穿透
在家庭、公司中，我们一般使用的都是私有IP，通过路由器得NAT技术，共享同一个公网IP访问公网资源。在这个过程中，会在路由器中，生成NAPT表，来映射私有IP和公网IP。
这也就是说，我们无法直接用公网IP访问局域网内的私有IP。
假设现在有两个不同局域网中的设备A、B，而B所在局域网为严格的NAT内网，无法从公网直接访问内网得B设备。此时我们需要使用B设备在对应的局域网中，主动连接中转服务器，构建一条通信隧道（私有IP + port 和公网IP + port 建立对应的映射关系）。此时A设备再通过访问中转服务器中指定得公网IP + port，中转服务器就可以将A发送过来的数据，通过已经建立好的隧道发送给B。
以上其实就是内网穿透的逻辑。
内网穿透的应用场景：
- 远程桌面控制（如 B 是家庭电脑）
- A 在公司通过公网访问中转服务器的端口，连接到 B 的远程桌面（如 RDP 协议）。
- 跨网络开发测试
- B 运行本地开发的 API 服务，A 通过中转服务器的端口调试接口，无需将 B 暴露到公网。
- 智能家居联动
- B 是局域网内的智能音箱或摄像头，A 在外地通过中转服务器访问其管理界面。
当我们再局域网中，使用私有IP访问抖音服务器，不是要再路由器中构建NAPT表，该表中保存了私有IP+port，和公网IP + port的映射关系。抖音再给我们应答的时候，就可以借助该NAPT表，将数据发送到局域网中。而这个过程并不属于内网穿透，因为这是NAT的经典正向转换场景。
| 对比维度 | NAT（正向转换） | 内网穿透（反向隧道） |
|---|---|---|
| 核心目标 | 让内网设备共享公网 IP 访问外部资源 | 让公网设备能主动访问内网设备 |
| 数据流向 | 内网 → 公网（单向主动） | 公网 ↔ 内网（双向，公网可主动） |
| NAT 表建立方式 | 内网设备主动发起连接时自动创建 | 需要内网设备提前与中转服务器建立反向隧道 |
| 典型场景 | 家用路由器上网、手机访问公网 APP | 远程控制内网电脑、公网访问本地服务器 |
| 技术依赖 | 路由器内置 NAT 功能 | 中转服务器、反向代理（如 frp、ngrok） |
四.内网打洞
当我们看观看直播的时候，主播会将直播消息发送到服务器中，观众观看直播，本质上就是方法该服务器，服务器将主播的消息转发给各个客户端。但是这样的工作模式，服务器的压力太大了。
我们可以让所有的客户端主动连接服务器，服务器在内部，交换客户端的公网IP和端口号。这样主播在直播的时候，就不用将数据推送到服务器，再有服务器转发了，而是直接拿着其他客户端的公网IP和端口号，进行p2p（用户到用户）的直接数据流动。
关键步骤（以 STUN 协议为例）
设备获取自身的 NAT 映射地址
- 设备 A 和设备 B 分别向STUN 服务器（公网服务器）发送请求，STUN 服务器返回它们在 NAT 设备上的公网 IP + 端口（即 NAT 为设备分配的出口地址）。
- 例如：
- 设备 A 的私有地址：
192.168.1.100:5000，NAT 映射地址：公网IP-A:8080 - 设备 B 的私有地址：
10.0.0.200:6000，NAT 映射地址：公网IP-B:9090
- 设备 A 的私有地址：
交换公网映射地址
- 设备 A 和 B 通过信令服务器（如聊天服务器）交换彼此的公网映射地址。
尝试直接连接
- 设备 A 用 B 的公网映射地址（
公网IP-B:9090）发送数据，设备 B 用 A 的公网映射地址（公网IP-A:8080）发送数据。 - NAT 的 “临时放行” 机制：
当 NAT 设备发现内网设备主动向某个公网地址发送数据时，会临时允许该公网地址的响应数据回流。因此，若 A 和 B 同时向对方的公网映射地址发起连接，NAT 可能会放行对方的数据包，从而建立直接通信。
- 设备 A 用 B 的公网映射地址（
中继转发（TURN 协议）
- 若直接连接失败（如对称型 NAT），则通过TURN 服务器作为中继，转发双方数据（此时退化为中转模式，但仅在必要时使用）。
五.交换机
在一个局域网中，一个主机给另一个主机发送消息，局域网中所有的主机都能收到，只不过会在数据链路层进行mac帧检测，如果不是我，就丢弃。
在这个过程中，有可能会发生数据碰撞。而当我们引入了交换机，就在一定几率上降低了碰撞的概率。
比如，我们A主机给E主机发送数据，其他的所有主机都能收到，交换机就判断了，A主机在交换机的左侧，对于其他主机也一样。自此，交换机就有了该局域网中所有主机的大致方位。
现在，A在发消息给D主机时，交换机知道D在左边，所有就不会将消息发送到右边。同理，如果C主机要发消息给E，判断E在其右侧，则不会将数据发送到左侧。