网络NAT、桥接与主机模式
前言
筆者很早以前寫了本機windows連接虛擬機Ubuntu的時候使用的NAT模式連接：SecureCRT無法連接VMWare Ubuntu虛擬機問題解決辦法_fenglllle的博客-CSDN博客_securecrt連接不到vmware
然后在MySQL安裝時虛擬機使用的卻是橋接模式?：ubuntu MySQL安裝使用教程_fenglllle的博客-CSDN博客_ubuntu安裝mysql
那么這些網(wǎng)絡(luò)模式的區(qū)別是什么?，筆者一直沒有研究過，知道最近檢查家庭網(wǎng)絡(luò)時，折騰光貓橋接，路由器撥號才想起，這些的關(guān)聯(lián)關(guān)系與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的關(guān)系。實際上以前也看過關(guān)于這些的區(qū)別，但是沒有實際體驗過，也沒用折騰過，很快就忘記了，這次以筆者的實際折騰經(jīng)驗講講區(qū)別。而且這些網(wǎng)絡(luò)在交換機、虛擬機、docker、路由器方面廣泛的應(yīng)用。
1. 網(wǎng)絡(luò)模式?
網(wǎng)絡(luò)模式實際上主要有3種常見模式NAT、橋接、主機，最常用的是NAT、橋接。以筆者的路由器為例：
筆者配置的就是NAT模式，還有Singtel、橋接可選。其中Singtel就是主機單機模式 （HOST-ONLY）
1.1 NAT
NAT：Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，將一個公網(wǎng)IP（Internet Protocol）地址與私網(wǎng)IP地址進行綁定通信，NAT屏蔽了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，此時外網(wǎng)是不能穿透內(nèi)網(wǎng)的，這就是為什么很多博客在講內(nèi)網(wǎng)穿透，這種技術(shù)解決了IPV4地址枯竭的問題，同時也延長了IPV6的普及。NAT類型：靜態(tài)NAT(Static NAT)、動態(tài)地址NAT(Pooled NAT)、網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT（Port－Level NAT)，常用的是NAPT，就是家用環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器對外用的都是公網(wǎng)ip，是可以直接訪問的。NAT這種模式也是路由的一種。
靜態(tài)NAT是一個外網(wǎng)固定IP，對應(yīng)綁定一個私網(wǎng)IP；
動態(tài)NAT是一個外網(wǎng)臨時IP對應(yīng)綁定一個私網(wǎng)IP；
NAPT是一個外網(wǎng)IP+一個端口綁定一個私網(wǎng)IP，外網(wǎng)IP可以是固定的，也可以是臨時分配的，大部分是臨時分配，固定公網(wǎng)IP需要向運營商申請。
NAPT示意圖：
?實際上服務(wù)器內(nèi)部也是使用NAT模式，因為服務(wù)器對外的IP是固定的，可以通過端口綁定的方式，實現(xiàn)對內(nèi)訪問，家庭內(nèi)網(wǎng)穿透也是同理。
1.1.1 路由模式
實際上NAT也是路由的一種，NAT是公網(wǎng)到私網(wǎng)的定義，實際上私網(wǎng)之間也是需要數(shù)據(jù)交換的，即路由。所以很多光貓或者路由器直接使用路由模式與橋接模式區(qū)分，從這個來區(qū)分，路由器也是一臺弱交換機。
根據(jù)TCP/IP協(xié)議，私網(wǎng)之間不是同一個網(wǎng)段是不能相互通信的，關(guān)鍵是子網(wǎng)掩碼，如果子網(wǎng)掩碼不一樣，網(wǎng)關(guān)就不一樣，是不能直接訪問的，這個時候就需要交換數(shù)據(jù)。一般就會接交換機路由器或者用臺電腦來交換數(shù)據(jù)（軟路由😅），就會出現(xiàn)多層NAT。
以太網(wǎng)交換機工作在第二層(數(shù)據(jù)鏈路層)，用于在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀。如果源和目標IP地址位于不同網(wǎng)絡(luò)時，以太網(wǎng)幀必須發(fā)送給路由器，路由器負責在不同網(wǎng)絡(luò)間傳輸報文，通過路由表來決定最佳轉(zhuǎn)發(fā)路徑。
實際上這個是理論上的劃分，實際硬件的劃分比較模糊，通常一個硬件賦予了多種用途，比如光貓，可以賦予撥號，DHCP，WIFI等能力。
1.1.2 DHCP
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),動態(tài)主機配置協(xié)議，局域網(wǎng)協(xié)議，由服務(wù)器控制一段IP地址范圍，客戶機登錄服務(wù)器時可以自動獲得服務(wù)器分配的IP地址和子網(wǎng)掩碼。
為什么說這個，因為家庭網(wǎng)絡(luò)基本上使用的DHCP，遙想筆者上大學（2009年）的時候，還是在學校申請IP才能上網(wǎng)，后來就改為自動獲取了。這中間有什么區(qū)別呢？
我們知道根據(jù)TCP/IP協(xié)議，沒有IP地址是無法通信的，因為IP是唯一標識，無論廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)都是一樣。DHCP就是局域網(wǎng)來自動分配IP地址用的
IPV4地址專門保留了三個區(qū)間作為私有地址：
| 10.0.0.0/8 | 10.0.0.0～10.255.255.255 |
| 172.16.0.0/12 | 172.16.0.0～172.31.255.255 |
| 192.168.0.0/16 | 192.168.0.0～192.168.255.255 |
10.0.0.0/8的8表示8個1，表示地址范圍是A類
IPV6以fd00::/8的為保留地址
如果沒有DHCP，那么IP地址就只能手動分配，即上網(wǎng)需要配置IP地址，這個多不方便啊，DHCP也是可以固定IP分配的，實際上一般是交換機通過網(wǎng)口與mac地址綁定的，所以無論怎么重啟，只要mac地址不變，ip就不會改變，只需要告訴DHCP服務(wù)器，我需要xxx的IP地址，只要DHCP服務(wù)器沒有分配給別人就可以分配，根據(jù)DHCP策略，也可以把分配給別人的IP收回來給這臺機器使用，但是IP不能重復(fù)，否則DHCP服務(wù)器就會無法處理。
1.1.3 PPPoE
?撥號上網(wǎng)，一般常見于家庭網(wǎng)絡(luò)，專線不知道是否需要，沒接觸過。撥號的本質(zhì)就是去運營商申請公網(wǎng)IP，一般由光貓或者路由器完成，只要路由器硬件不是太差，優(yōu)先推薦路由器。
1.1.3 NAT優(yōu)缺點
NAT的本質(zhì)就是隔離內(nèi)外網(wǎng)，建立可以跟外網(wǎng)通信的局域網(wǎng)，節(jié)約了IP地址，缺點也是很明顯，是獨立的局域網(wǎng)，外網(wǎng)訪問需要固定公網(wǎng)IP，需要綁定端口通信。這里同時講了DHCP和PPPoE，實際上NAT不需要DHCP和PPPoE，比如我手動設(shè)置IP上網(wǎng)，也沒問題，至于PPPoE則是運營商的鍋，根據(jù)筆者理解，完全可以綁定設(shè)備（比如光貓mac）的方式規(guī)劃寬帶大小和自動申請公網(wǎng)IP段，不知道為啥需要撥號。可能筆者理解有限。
1.2 橋接
橋接bridge，實際上名字就是其本義，就是搭橋，使網(wǎng)絡(luò)延伸更廣的地方。實際上就是用于，比如交換機網(wǎng)口不夠了，需要WiFi等場景，延伸網(wǎng)絡(luò)的傳遞。
那個從字面意思，橋接使用上一級路由的DHCP或者手動IP方式通信，相當于上一級NAT的橋接延伸，也可以通過WiFi延伸，連接的設(shè)備就是上一級路由的IP網(wǎng)絡(luò)，可以相互通信。
1.3 HOST-NOLY
host-only就是單獨主機，本身并不能與外界通信，只能主機之間通信，純粹局域網(wǎng)。筆者的路由器支持這種模式，但是用處很有限，僅在特殊需要隔絕外網(wǎng)的情況有用，可能部分安全行業(yè)需要吧。
2. 虛擬機的應(yīng)用
以VM和PD虛擬機為例，實際上標準是一樣的，其他虛擬機大同小異。實際上虛擬機使用的也是NAT 橋接 主機模式
VM虛擬機默認NAT。NAT模式可以通過端口轉(zhuǎn)發(fā)的方式訪問內(nèi)部的服務(wù)
其中VM建了2張?zhí)摂M網(wǎng)卡，VMnet8就是NAT使用的，VMnet1是主機模式用的，橋接使用的上一級路由來獲取IP，相當于獨立的掛在NAT上的機器設(shè)備，不會創(chuàng)建虛擬網(wǎng)卡。
?PD虛擬機默認共享網(wǎng)絡(luò)，也是NAT，筆者這里改為橋接了。
實際上也創(chuàng)建了2張?zhí)摂M網(wǎng)卡來處理NAT與host-only
3. docker的應(yīng)用
docker是一個特殊的NAT設(shè)計，因為docker本身是進程態(tài)，而不是虛擬機，也可以認為是進程虛擬模式
?docker網(wǎng)絡(luò)有：bridge（默認）、 none 、host
| bridge | 為每一個容器分配、設(shè)置IP等，并將容器連接到一個docker0虛擬網(wǎng)橋，通過docker0網(wǎng)橋以及Iptables nat表配置與宿主機通信。因為經(jīng)過了NAT，所以必須端口轉(zhuǎn)發(fā)才能在宿主機訪問。并不是純粹意義的橋接 |
| host | 使用宿主機的IP和端口 |
| none | 關(guān)閉了容器的網(wǎng)絡(luò) |
實際上還有容器網(wǎng)絡(luò)Container：和一個指定的容器共享IP、端口范圍
筆者macOS并沒發(fā)現(xiàn)docker0的虛擬網(wǎng)卡，但是Ubuntu可以發(fā)現(xiàn)docker0虛擬網(wǎng)卡，查資料說，只有Linux是原生docker，mac win都是虛擬機上創(chuàng)建的。
在docker run時，用 --net 指定容器網(wǎng)絡(luò)模式：
host：? ? ? ? ?使用 --net=host
none：? ? ? ? 使用 --net=none
bridge：? ? ? 使用 --net=bridge，默認就是
container： 使用 --net=container:NAME_or_ID?
docker也可以自定義網(wǎng)卡實現(xiàn)真正意義的橋接，每個docker容器實現(xiàn)獨立的網(wǎng)絡(luò)IP，實際上就是我們自己創(chuàng)建虛擬網(wǎng)卡，橋接模式，讓docker使用我們自己創(chuàng)建的虛擬網(wǎng)卡通信，外網(wǎng)就能訪問，也能通過DHCP分配IP，或者固定IP。比如overlay網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、pipework、macvlan等，推薦macvlan：原理是在宿主機的物理網(wǎng)卡上虛擬出多個虛擬網(wǎng)卡，通過不同的MAC地址在數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer）進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
docker network create -d macvlan \ #使用macvlan方式--subnet=192.168.79.0/24 \ #子網(wǎng)掩碼，C類是24個1--gateway=192.168.79.1 \ #網(wǎng)關(guān)，筆者的路由器是79.1-o parent=en1 macvlannet #物理機網(wǎng)卡名稱 網(wǎng)絡(luò)模式命令筆者的路由器
docker run的時候可以加--net=macvlannet來橋接網(wǎng)絡(luò)了。😄?
4. 路由器與交換機
本質(zhì)上交換機，路由器都是小型服務(wù)器設(shè)備，只是功能用于處理網(wǎng)絡(luò)的NAT與橋接。
交換機實際上實現(xiàn)的是NAT或者橋接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實際上可能會有其他功能，類似路由器，路由器也是一臺小型交換機，只是硬件能力較差。
交換機可以綁定端口與mac地址，有很強的IP和mac，網(wǎng)口管理能力，實際上路由器的家長控制也是綁定mac地址，理論上只是硬件和固件的差別，如果給交換機DHCP，那么也可以自動分配IP，WAN與LAN的區(qū)別是軟體（即固件）決定的，所謂的固件實際上是一個操作硬件的驅(qū)動，同時對外提供操作訪問，也是一臺小型服務(wù)器，筆者沒有交換機，以路由器為例，筆者的路由器暴露的服務(wù)是192.168.79.1:80，80是可以默認省略的，這就是一些路由器支持docker的時候，可以用來搭建小型服務(wù)器的原因。
路由器實際上也是一個NAT或者橋接的設(shè)備，WiFi本質(zhì)就是無線橋接，路由器的AP模式，無線中繼，橋接，WiFi都是橋接模式，路由器支持NAT DHCP PPPoE等，可以支持端口轉(zhuǎn)發(fā)，這實際上就是內(nèi)網(wǎng)穿透的原理，類似docker的bridge模式，通過端口映射轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。以筆者路由器為例：
?很遺憾寬帶沒有IPV6，😅端口轉(zhuǎn)發(fā)
5. 網(wǎng)絡(luò)層TCP/IP協(xié)議
實際上，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于TCP/IP 4層協(xié)議，或者5層協(xié)議（5層就是把網(wǎng)絡(luò)接口層劃為2部分），理想模型是OSI 7層模型，但是實際上運用中合并了部分層級，日常接觸到的是應(yīng)用層協(xié)議，比如HTTP，偶爾會接觸到傳輸層協(xié)議TCP/UDP，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計，HTTP3.0基于UDP協(xié)議傳輸，技術(shù)變化好快😄，一般而言，路由器是應(yīng)用層以下協(xié)議的實現(xiàn)，NAT和橋接
總結(jié)
搞清楚了網(wǎng)絡(luò)的NAT，橋接模式，那么很多應(yīng)用場景就很清晰了，比如交換機、路由器、光貓等。而且在實際生產(chǎn)運用中，比如虛擬機，docker等，理解網(wǎng)絡(luò)模式就可以根據(jù)自己的需要定制網(wǎng)絡(luò)，建立一個符合需求的龐大生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，而且家庭環(huán)境也可以定制化家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，NAS、軟路由等設(shè)備也可以自定義實現(xiàn)。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的网络NAT、桥接与主机模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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