Network之解惑(1)

Network之解惑(1)

1. 概述

一直以来，对网络传输，都有个疑惑。即网络传输到底是什么样的，能不能在外部直接访问局域网内部服务器。带着这份疑惑，开始了本文。

这里的解惑，是解自己的惑，大神请直接无视，或者批评。

关于网络结构，网上有很多，标准的7层结构等等。在windows内部，一般认为可以按照四层划分。本屌仅按照实践的路线，不做任何无关理论的东西阐述，仅仅是解惑的流程。

在windows的网络数据流，大概如下(后面的硬件层，已经和windows无关了)：

应用ws2_32.dllLSPafd.systcpip.sysNDIS中间库小端口路由器(交换机)

数据回来的路线，就是该线路的逆向。

1. 正文(开始乱扯)

作为最常用的协议，就从tcp/ip协议来说吧。

Tcp和ip，其实是两个协议，后面的文章会细说。

一个典型的http包的层次(走的是tcp/ip协议，忽略建立连接的过程)：

1、浏览器(或其他应用)，封装http格式的包，下发

2、tcp协议，封装tcp包，包内包含端口信息，下发

3、ip协议，封装ip包， 包括源地址和目的地址(ip地址，没有端口)，下发

4、链路层包，封装链路层包，一般也叫以太包。到了这个层次，已经没有ip的概念了，只有硬件的地址，即mac地址，供网卡，路由器等在物理线路上传输。

要连接一个服务器，需要一个ip地址和端口，ip地址干什么的，无需多说，那个端口干什么的呢？

其实到了ip封包时，已经没有了端口的概念。可以这么想一下，如果本机有多个应用同时使用网络，当有数据回来的时候，数据应该传递给那个应用呢？好吧，其实这个基本就是端口的作用了。端口可以用来区分一个连接。说是端口，其实是虚的，不会真实的存在一个硬件端口，从程序的角度来说，其实就是一个unsigned short，能表示的范围为0~65535，所以一个机器上，也只可能有65535个端口(好多已经固定了，比如20等端口，一般最好使用大于10000的端口，以免和别的连接冲突)。许多防火墙等工具提供的打开关闭端口的功能，其实就是一个tcp，udp等包，是否丢弃。

到这里，在tcp/ip这一层，已经完全明白数据的流向了。其实，tcp/ip最重要的，是安全，就是数据收发是可靠的，不属于本文，以后文章会讲。

现在到了最关键的环节了，以太包。

Ethernet 2协议。

到了这里，只和链路层有关系了，到这里，什么http啊，ip啊，端口啊等等之类的，已经没有了概念。是不是很像什么，对，就像快递一样。客户把要邮寄的东西包装好，交给快递，快递公司不需要管包里到底是什么东西，只是负责把包裹送到指定的地址，具体包里是什么东西，怎么使用，那是客户已经商量好的。

当然，这只是一个粗略的形容，不是特别恰当。

和快递公司，有自己的中转站一样，在网络里，这个中转站，就是路由器(交换机)。

好了，现在回到问题开头。我们知道，如果在内网里面，访问外网的服务器，因为这个服务器的ip地址已经确定了，通过重重路由，最终可以把数据送到。但是数据回来呢，数据是如何回来的？访问一个页面，请求数据发出，到达服务器，服务器返回数据，回到客户端，确实是可以的，但是是怎么实现的呢？

现在引入一个NAT的概念。NAT全名叫Network Address Translation，网络地址翻译。

首先一个问题，为什么要翻译？

世界上，有很多很多内部网络，他们的ip地址(参考ip地址划分，子网等)只在内部有效，到了外部，基本没有的意义。比如，有两个不同的局域网，内部的两台机器的IP可能都是10.3.42.2。这个时候，是路由器显身手的时候了。

首先，路由器本身有一个或者多个地址(ip地址和mac地址)，且这个ip地址是可以访问整个internet的，所有内部机器访问外网的时候，都是通过这个ip地址。

当内部机器的网络数据到达路由器的时候，路由器把该网络数据发送到服务器。且在建立连接的时候，路由器会把这种对应关系保存，修改ip包，把里面的源ip地址(内网)，改成路由器的ip地址。这样，服务器返回的数据，能顺利到达路由器，路由器在通过建立连接时候的对应关系，找到对应的内部机器，把数据送到内部机器。其实，在路由器内部保存的有内部机器的ip地址和mac地址对应关系的，发送数据的时候，用的是mac地址(参考Ethernet 2封包)。这个过程，大致就是nat的工作原理。

好了，现在问题回到开头。即外部服务器，是否可以直接访问局域网内部机器？

很遗憾，答案是不能。首先，服务器，不知道路由器的地址，即便知道，数据发给路由器的时候，路由器也不知道把该数据发送给内部的哪台机器。

往往事情没有绝对的，现在基本所有的路由器都支持端口映射的功能，通过该功能，即可以实现外网访问内网。

原理，就是在路由器上建立一组规则，比如，所有发送到路由器80端口（web服务器）的数据，全部转发到内部的一台机器，这样，外部网络通过访问路由器的ip地址+80端口，即可访问内部的web服务器了。

自此，可以回答开头的那个问题了，可以。但是，这些全部都是路由器来实现的。

参考资料：

1、<< tcp/ip详解 >>

2、<< Windows内核原理与实现>>

3、http://www.google.com/patents/CN1567907A?cl=zh