计算机网络网络层进阶：NAT、ARP 与 IP 系列技术全析！！！

一、网络地址转换NAT

私有IP 地址(内网IP)：

10.0.0.0~10.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255

• 只允许分配给局域网内部的节点,不允许分配给互联网上的节点
• 每个局域网内部都可以自行分配这些私有 IP 地址
• 私有 IP 地址是可复用的，只要求局域网内唯一，不要求全球唯一

全球IP 地址(外网IP)：

通常由 ISP 提供，全球唯一

外网 IP 是一个局域网与外界通信时所需使用的 IP 地址

NAT路由器与普通路由器有何区别?

普通路由器：

普通路由器转发 IP 数据报时,不会改变源 IP、目的 IP 地址

普通路由器仅包含网络层及以下的功能

NAT 路由器：

作用: 转发 IP 数据报时，进行内网 IP、外网 IP 的相互转换 NAT 表，记录地址转换关系 < 内网 IP:端口号 外网 IP:端口号>

一个IP 数据报：

① 从内网转发到外网，会更改源 IP 地址、源端口号

② 从外网转发到内网，会更改目的IP 地址、目的端口号

NAT 路由器包含传输层的功能(因为端口号是传输层的概念)

网络层实现了“主机到主机”的通信。网络层在IP 数据报的首部，指明源 IP 地址、目的 IP 地址传输层实现了“端到端”(进程到进程)的通信。

传输层在 TCP(或 UDP)报文段的首部，指明源端口、目的端口

H3 包含:源IP 地址、目的 IP 地址

H4 包含:源端口号、目的端口号

IP 地址 32bit，232≈42 亿，如果每台主机都要消耗一个全球唯一的IP 地址，显然不够用，那要如何解决呢?

可以让一个局域网内部的设备共享全球唯一的IP 地址(外网 IP)

用 NAT路由器改造王五家的网络

二、地址解析协议ARP

ARP:

作用：在一个局域网内部，可以通过 ARP 协议查询到一个IP 地址对应的 MAC 地址

ARP 表(ARP 缓存)：

• 记录(IP 地址 MAC 地址)之间的映射关系
• 一个数据结构(每台主机、每台路由器都有自己的 ARP 表)
• 需要定期更新 ARP 表项

实现过程：

①ARP 请求分组

我是谁?我的 IP 地址是 X，我的 MAC 地址是 Y

我想找谁?我想找的这个家伙，IP地址是Z

ARP 请求分组封装进 MAC 帧(帧目的地址=全1，源地址=Y) 广播帧

②ARP 响应分组

你好，我就是你要找的那个靓仔，我的IP地址是Z，我的 MAC 地址是 V

ARP 响应分组封装进 MAC 帧((帧目的地址=Y，源地址=V) 单播帧

以太网 MAC 帧

记忆口诀：6 6 2 N 4，收发协数验

IP 数据报是 IPv4 协议定义的数据结构(PDU)

类型=0x0800，表示 MAC 帧数据部分是IPv4的PDU

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