NAT(网络地址转换)
IPv4协议中, IP地址数量不充足的问题；
NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段, 是路由器的一个重要功能;
NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP. 也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法:
很多学校, 家庭, 公司内部采用每个终端设置私有IP, 而在路由器或必要的服务器上设置全局IP;
全局IP要求唯一, 但是私有IP不需要; 在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的;
- 一个路由器可以配置两个IP地址, 一个是WAN口IP, 一个是LAN口IP(子网IP).
- 路由器LAN口连接的主机, 都从属于当前这个路由器的子网中.
- 不同的路由器, 子网IP其实都是一样的(通常都是192.168.1.1). 子网内的主机IP地址不能重复. 但是子网之间的IP地址就可以重复了.
- 每一个家用路由器, 其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点. 这样的运营商路由器可能会有很多级, 最外层的运营商路由器, WAN口IP就是一个公网IP了.
- 子网内的主机需要和外网进行通信时, 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP), 这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation，网络地址转换).
两个主机如何跨网络通信呢？
电脑产生http报文，向下交给传输层TCP协议。TCP封装时，源端口在49152~65535间随机选择一个，如60128，目的端口为80。
TCP封装后，交给网络层IP协议，IP封装源地址为内网电脑的私网地址192.168.1.10，目的地址为公网服务器的地址98.76.54.32，协议号为6。
链路层的封装和前面文章所述一样，这里我们省略。这个报文发到NAT设备后，NAT设备将源地址修改为12.34.56.78，做好记录“内网地址192.168.1.10映射到外网地址12.34.56.78”，然后将报文发到公网。
公网根据报文中的目的地址98.76.54.32，将报文准确送达服务器。
服务器返回的信息，数据是这样封装的：
源和目的端口号、IP地址互换位置，公网会根据目的地址12.34.56.78，把报文送达NAT设备。NAT根据记录“内网地址192.168.1.10映射到外网地址12.34.56.78”，把目的地址12.34.56.78换回192.168.1.10，然后根据内网地址192.168.1.10把报文送达电脑。
但这样的转换方式并不妥当，因为一个内网地址需要对应转换为一个外网地址，内网电脑数量多就会消耗大量外网地址，并没有起到节省地址的作用。
因此，我们所使用的NAT，叫做NAPT（Network Address Port Translation，网络地址端口转换）
NAPT
NAT只转换IP封装中的IP地址，而NAPT则把传输层的端口号和IP地址一起转换，可以实现一个公网地址的复用。
假设内网有两台电脑，地址分别为192.168.1.10和192.168.1.20，NAT设备地址和服务器地址和上例相同。假设两台电脑同时访问外网服务器，电脑A发出的报文封装是：
电脑B发出的报文封装是：
两个数据报文到达NAT设备后，NAT设备做个记录：
然后，NAT把电脑A的报文修改为：
而电脑B的报文也被NAT修改为：
可以看到，NAT把两台内网电脑发出去的报文转换后，仅传输层的源端口号不同，IP的封装完全相同。这样一来，就可以实现同一个公网地址被不同内网电脑重复使用，只需通过端口号区别开就可以。外网返回的数据报文回到NAT设备后，NAT根据之前记录的信息再转换回内网地址和内网端口号，即可把报文送达不同的内网电脑。
MAC地址
MAC地址（Media Access Control Address），直译为媒体访问控制地址，也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网上设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链接层则负责MAC地址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。
- MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
- 长度为48位, 及6个字节. 一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如: 08:00:27:03:fb:19)；
- 在网卡出厂时就确定了, 不能修改. mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址, 可能会冲突; 也有些网卡支持用户配置mac地址).
理解源MAC地址和目的MAC地址
大部分数据的传输都是跨局域网的，数据在传输过程中会经过若干个路由器，最终才能到达对端主机。
源MAC地址和目的MAC地址是包含在链路层的报头当中的，而MAC地址实际只在当前局域网内有效，因此当数据跨网络到达另一个局域网时，其源MAC地址和目的MAC地址就需要发生变化，因此当数据达到路由器时，路由器会将该数据当中链路层的报头去掉，然后再重新封装一个报头，此时该数据的源MAC地址和目的MAC地址就发生了变化。
对比理解MAC地址和IP地址
- IP地址描述的是路途总体的 起点 和 终点;
- MAC地址描述的是路途上的每一个区间的起点和终点;
举例说明：唐僧西天取经：
别人会问唐僧从哪来，要到哪里去。唐僧都会回答道，贫僧是从东土大唐而来，要到西方拜佛求经。
这里的东土大唐就是：源IP
西方雷音寺就是：目的IP
有人问：和尚，你上一站从哪里来，下一站要到哪里去。唐僧回答：贫僧上一站从火焰山来，下一站要到女儿国去。
火焰山和女儿国就是：MAC地址，MAC地址，在途中，是一直改变的。
只有一个MAC地址，可以传输数据嘛?
是可以的。
但是要有前提：他们同处于一个局域网内。
像是在网吧打魔兽争霸，只要在一个局域网内，就不需要连接网络（指因特网），就可以打游戏。
为什么有了MAC地址还要有IP地址?
- 只拥有MAC地址的话，只有在同一网络区域内，才能进行数据传输，不能跨网络区域。
- 如果想跨网络区域进行数据传递，最现实的方法就是借助ISP提供的网络区域
- ISP能提供全球互联的网络——因特网，借助因特网可以传输数据给连接因特网上的机器。
- 有一个村落（局域网），它很封闭，与世隔绝，如同陶渊明讲的世外桃源。但是他的建筑非常美丽，几乎都是四合院，好几户人家居住在一个四合院里。(同一IP地址接入多个设备，每个设备都有一个MAC地址。)
人们总是相互串门，并借此交换物品（数据）。可是一天，伟大的天朝官员（ISP）发现了这里，看到这里的人居然还过着物物交换的生活，于是他决定为生活在这里的人修建公路（接入互联网），让其能够与外界的人能相互交流。
这里的人对外面的世界非常好奇，有一天，村庄的一个女人发现有镖局可以代购物品（数据），她看到琳琅满目的物品图片，她觉得她的生活仿佛打开了新的大门。于是她如有天助般完成了第一单，但是她不知道要填姓名和手机号（无MAC地址）。
几天过去，包裹（数据）到站点了，快递小哥一看，WTF，这是谁的，为什么只有收货地址（IP地址），没有个人信息（MAC地址），信息是不是出错了？他抱着试一试的心理，到了败家，emmm，那个女人所在的四合院（IP地址）。他拼命的敲门，有人给快递小哥开门。快递小哥兴奋地问他：“这是你买的东西吗？”，开门的人摇摇头。于是快递小哥见到一个人问一次是不是其的包裹，可是每个人都摇头。
快递小哥等的不耐烦了，正准备回头，那个买东西的女人出现了，询问快递小哥是不是东西到了。快递小哥郑重其事地对她说：“下次一定要写好你的个人信息（MAC地址），不然你只写一个地址（IP地址），我哪知道是谁的 ”。那个败家，emmm，那个女人就说知道了，下次肯定写上。
