本文引用了“帅地”发表于公众号苦逼的码农的技术分享。
1、引言
搞网络通信应用开发的程序员，可能会经常听到外网IP和内网IP，但他们的区别是什么？又有什么关系呢？另外，内行都知道，提到外网IP和内网IP就不得不提NAT路由转换这种东西，那这双是什么鬼？本文就来简单讲讲这些到底都是怎么回事。
另外，以下是与本文内相关知识点有关联的文章，可详细阅读之：
《P2P 技术详解：NAT详解——详细原理、P2P简介》《P2P 技术详解：P2P中的NAT穿越方案详解》《通俗易懂：快速理解P2P技术中的NAT穿透原理》《网络编程懒人入门：史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门》《网络编程懒人入门：通俗讲解，有了IP地址，为何还要用MAC地址？》《脑残式网络编程入门：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》
2、系列文章
本文是系列文章中的第6篇，本系列大纲如下：
《脑残式网络编程入门：跟着动画来学TCP三次握手和四次挥手》《脑残式网络编程入门：我们在读写Socket时，究竟在读什么？》《脑残式网络编程入门：HTTP协议必知必会的一些知识》《脑残式网络编程入门：快速理解HTTP/2的服务器推送》《脑残式网络编程入门：每天都在用的Ping命令，它到底是什么？》《脑残式网络编程入门：什么是公网IP和内网IP？NAT转换又是什么鬼？》
3、每台电脑都必须要一个公网IP吗？
答案：不是。
我们都知道，IPv4中的IP地址的数量是有限的，每次把一部分地址分配出去，那么就意味着能够用来分配的IP地址就更少了，而且随着现在手机，电脑等的快速发展，如果每个手机或者电脑都要求一个IP地址，那么显然IP地址是不够用的。
为了解决这个问题，我们可以采取这样的策略：例如对于一个公司来说，每个公司都会有一个属于自己公司的内网。
内网）是在一个局部的地理范围内，一般可以是是几米内，也可以是方圆几千米以内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。
内网主要作用有：
1）共享传输信道：简单地理解就是不需要每台电脑一个外网IP地址；
2）传输速率高：内网之间的电脑因为没有外网网络拓扑的复杂性，所以互相通信的网络可以很快，比如从一个台电脑向另一台电脑复制一个几G的文件可能只需要数十秒时间。
3）误码率低：因为通信距离很近，所以误码率很低，换句话说就是网络很稳定。
4、公司的内网是如何实现内网IP地址分配和管理的？
假如我们给这个公司A分配了一个IP=192.168.1.1。我们把这个IP作为这个公司内网的网关吧。
在公司A的内网里面有3台电脑，如果这三台电脑要上网的话，我们需要给他分配一个IP，那么就像上一节提到的：我们一定需要去申请3个IP地址来使用吗？
答否。我们不一定需要去申请3个IP的，在我们这个内网里，我们可以指定自己的规则，例如，我们可以给这三台电脑随便分配三个IP。分别分配电脑A = 192.168.1.2 电脑B = 192.168.1.3 电脑C = 192.168.1.4。
而这个规则可以由我们的内网网关来管理，就像下面这样：
5、NAT技术：实现内网电脑访问外网的能力
假如电脑A想要访问，的IP我们假设为：172.168.30.3：
我们都知道，电脑A的IP是我们虚构的，实际上可能并不存在这样一个IP，如果用电脑A的IP去访问，那肯定行不通。
我们也知道，由于和电脑A不在一个局域网内，所以A要访问，那么必须得经过网关。而网关的这个IP地址，是真实存在的，是可以访问的。
为了让 A 可以访问，那么我们可以采取这样的方法：让网关去帮助 A 访问，然后把结果传递给网关，而网关再把结果传递给 A，这样不就可以解决了？
不过电脑A、B、C都可能拜托网关去帮忙访问，而返回的结果 的目的IP都是网关的IP=192.168.1.1。那么网关该如何进行区分这结果是A的、B的还是C的呢？
我们去访问的时候，不是需要指定一个端口吗？只要我们把 A的IP + 端口 映射成 网关的IP+端口，不就可以唯一确定身份了？
例如A用端口60去访问，网关把 A的IP+端口60 映射成 网关的IP+端口80 不就可以了？
把结果返回给网关的80端口之后，网关再通过映射表，就可以把结果返回给 A的60端口 了。
如果B也是用60端口去访问的话，也是一样，可以把它映射到90端口。
这种方法地址的映射转换，我们也称之为网络地址转换，英文为 Network Address Translation，简称NAT。
而像A、B、C这样的IP地址我们也称之为内网IP，即内网IP；而像网关，这样的IP我们称之为外网IP。
所以，一个典型的内网访问公网的原理，就像下图这样就可以实现了：
现在知道外网IP和内网IP了吧？
6、本文小结
为了解决IP地址短缺，技术专家们发明了内网技术，而内网技术的理论支撑就是NAT技术，所以搞网络通信的程序员非常有必要对NAT技术有一个深入的理解。
如果你想详细了解NAT路由转换技术，不防从下面几篇文章开始：
《P2P 技术详解：NAT详解——详细原理、P2P简介》《P2P 技术详解：P2P中的NAT穿越方案详解》《通俗易懂：快速理解P2P技术中的NAT穿透原理》《网络编程懒人入门：史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门》
几点需要注意的地方：
1）对于全球IP，显然每个IP都是唯一的，而对于私有IP，同一个局域网内，也得是唯一的，但在两个不同的局域网中，是可以有相同的私有IP的；
2）局域网内主机之间的通信，是不需要进行地址转换的，而如果需要访问外网，才需要进行地址转换。
实际上，我们也可以把这种地址转换称之为一种代理。网关就相当于一个代理，把局域网内的主机的一些信息都给隐藏了起来。就像本内里所描述的那样，并不知道是主机A访问它，他只知道是网关访问了它。
附录：更多网络编程方面的文章
[1] 网络编程基础资料：《TCP/IP详解 - 第11章·UDP：用户数据报协议》《TCP/IP详解 - 第17章·TCP：传输控制协议》《TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止》《TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传》《技术往事：改变世界的TCP/IP协议》《通俗易懂-深入理解TCP协议：理论基础》《通俗易懂-深入理解TCP协议：RTT、滑动窗口、拥塞处理》《理论经典：TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解》《理论联系实际：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程》《计算机网络通讯协议关系图》《UDP中一个包的大小最大能多大？》《P2P技术详解：NAT详解——详细原理、P2P简介》《P2P技术详解：P2P中的NAT穿越方案详解》《P2P技术详解：P2P技术之STUN、TURN、ICE详解》《通俗易懂：快速理解P2P技术中的NAT穿透原理》《高性能网络编程：单台服务器并发TCP连接数到底可以有多少》《高性能网络编程：上一个10年，著名的C10K并发连接问题》《高性能网络编程：下一个10年，是时候考虑C10M并发问题了》《高性能网络编程：从C10K到C10M高性能网络应用的理论探索》《高性能网络编程：一文读懂高性能网络编程中的I/O模型》《高性能网络编程：一文读懂高性能网络编程中的线程模型》《不为人知的网络编程：浅析TCP协议中的疑难杂症》《不为人知的网络编程：浅析TCP协议中的疑难杂症》《不为人知的网络编程：关闭TCP连接时为什么会TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》《不为人知的网络编程：深入研究分析TCP的异常关闭》《不为人知的网络编程：UDP的连接性和负载均衡》《不为人知的网络编程：深入地理解UDP协议并用好它》《不为人知的网络编程：如何让不可靠的UDP变的可靠？》《网络编程懒人入门：快速理解网络通信协议》《网络编程懒人入门：快速理解网络通信协议》《网络编程懒人入门：快速理解TCP协议一篇就够》《网络编程懒人入门：快速理解TCP和UDP的差异》《网络编程懒人入门：快速理解为什么说UDP有时比TCP更有优势》《网络编程懒人入门：史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门》《网络编程懒人入门：深入浅出，全面理解HTTP协议》《网络编程懒人入门：手把手教你写基于TCP的Socket长连接》《网络编程懒人入门：通俗讲解，有了IP地址，为何还要用MAC地址？》《技术扫盲：新一代基于UDP的低延时网络传输层协议——QUIC详解》《让互联网更快：新一代QUIC协议在腾讯的技术实践分享》《现代移动端网络短连接的优化手段总结：请求速度、弱网适应、安全保障》《聊聊iOS中网络编程长连接的那些事》《移动端IM开发者必读：通俗易懂，理解移动网络的“弱”和“慢”》《移动端IM开发者必读：史上最全移动弱网络优化方法总结》《IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践》《IPv6技术详解：基本概念、应用现状、技术实践》《从HTTP/0.9到HTTP/2：一文读懂HTTP协议的历史演变和设计思路》《以网游服务端的网络接入层设计为例，理解实时通信的技术挑战》《迈向高阶：优秀Android程序员必知必会的网络基础》>> 更多同类文章 ……[2] NIO异步网络编程资料：《Java新一代网络编程模型AIO原理及Linux系统AIO介绍》《有关“为何选择Netty”的11个疑问及解答》《开源NIO框架八卦——到底是先有MINA还是先有Netty 》《选Netty还是Mina：深入研究与对比》《选Netty还是Mina：深入研究与对比》《NIO框架入门：服务端基于Netty4的UDP双向通信Demo演示》《NIO框架入门：服务端基于MINA2的UDP双向通信Demo演示》《NIO框架入门：iOS与MINA2、Netty4的跨平台UDP双向通信实战》《NIO框架入门：Android与MINA2、Netty4的跨平台UDP双向通信实战》《Netty 4.x学习：ByteBuf详解》《Netty 4.x学习：Channel和Pipeline详解》《Netty 4.x学习：线程模型详解》《Apache Mina框架高级篇：IoFilter详解》《Apache Mina框架高级篇：IoHandler详解》《MINA2 线程原理总结》《Apache MINA2.0 开发指南[附件下载]》《MINA、Netty的源代码已整理发布》《解决MINA数据传输中TCP的粘包、缺包问题》《解决Mina中多个同类型Filter实例共存的问题》《实践总结：Netty3.x升级Netty4.x遇到的那些坑》《实践总结：Netty3.x VS Netty4.x的线程模型》《详解Netty的安全性：原理介绍、代码演示》《详解Netty的安全性：原理介绍、代码演示》《详解Netty的优雅退出机制和原理》《NIO框架详解：Netty的高性能之道》《Twitter：如何使用Netty 4来减少JVM的GC开销》《绝对干货：基于Netty实现海量接入的推送服务技术要点》《Netty干货分享：京东京麦的生产级TCP网关技术实践总结》《新手入门：目前为止最透彻的的Netty高性能原理和框架架构解析》>> 更多同类文章 ……
