【杂谈】没有公网IP的电脑如何与外部通信

前言

前几天突然想到的问题，自己先猜测推理了一番，最后在谢希仁版《计算机网络》找到了权威的解答。这里记录一下自己的思考过程。

网站是如何找到我们的？

我们知道，互联网中的两台电脑要进行通信，就必须彼此知晓对方的位置。IP地址就是对电脑地址的一种表示。其中公网IP具有全网唯一性，可以唯一标识一台电脑，故可以依此进行寻址并通信。

但是，学生使用校园网，电脑没有公网IP，只有局域网的IP，不具有全网唯一性，一样可以访问外部网络，接收网站的响应消息。我们知道，网站肯定是有公网IP的，我们找到它没问题，问题就在于网站是如何找到我们的？

网关

确实我们的电脑没有公网IP，但是我们局域网的网关（有IP地址的路由器）是有的，我们所有访问外部的请求，都是通过这个网关来处理的。所以，从因特网角度看，是网站服务器、局域网网关，这两个设备在进行通信。它们都有公网IP，找到彼此肯定没问题。也就是说它外部网站响应请求的时候不需要找到我们，知道网关地址即可。

IP数据报源地址怎么填？

底层构建IP数据报时，源地址填的是什么，是我们电脑的IP，还是网关的IP。如果是我们电脑的IP，服务端反过来不就找不到我们的电脑了；如果是网关的IP，那服务端确实可以找到网关，把数据发给它，但是问题来了，网关收到数据后，该转发给局域网内的哪台电脑呢？

我猜测：网关内应该有一张映射表，即局域网电脑A发给网站B，就存储一条A -> B 的记录，后续如果收到B的数据，那就反过来发给A。

教材的解答

我依稀记得，有个NAT地址转换的概念，可能跟这个有关。于是今天回学校翻开书本，果然就找到了答案。

工作原理图

下面这张图就很直观地展示了NAT路由器的工作原理。

1.前面说到的源地址的填写问题，也得到了解决，即主机A填写的就是它的IP地址。但是当数据报到达NAT路由器时，它会把IP数据报中的这个源地址替换成它自己的IP地址。

2.对于主机B来说，它根本不知道主机A的存在，它只知道它在跟NAT路由器进行通信。

3.我猜测的地址转换表也确实存在，如表4-10。出乎我意料的是，NAT路由器可以有多个公网IP，使得可以有多个局域网主机同时接入因特网。一般，一个时刻一个公网IP只能供一台局域网使用。如果只有一个公网IP，那情况就是，局域网主机轮流使用这个公网IP。

作为服务器

我们知道，要让你的电脑对外提供服务，不管是文件服务还是网站服务。都要进行以下步骤：

1.启动程序监听某个端口

2.设置进站规则，开放端口

在没有公网IP的情况下，局域网外的电脑无法通过你的IP地址定位到你，所以无法接受你提供的服务。但是对于局域网内的电脑，这个IP地址还是有效的，这些电脑可以使用你的服务，如FTP文件服务。

参考资料

[1] 谢希仁. 计算机网络[M].第六版.北京：电子工业出版社，2013：179-181