内网穿透基础知识

提示

本文为科普性质，我们在编写的时候尽可能避开了路由、NAT 等底层知识，以便 0 基础用户理解。抬杠、抠字眼和喜欢对概念出警的朋友请绕道。

什么是内网

通常情况下，内网 可以简单的理解为路由器创建的网络，连接到这个网络的电脑之间可以相互访问。

举个例子，假设我们的网络架构是这样的：

直接通过网线连接到 小明的路由器 上的 电脑 A、电脑 B、电脑 C 之间互相访问没有问题，例如：

  • 小明在 电脑 A 上启动了游戏服务器，监听端口 20000
  • 小明使用 电脑 B 打开游戏，连接 192.168.1.2:20000
  • 电脑 B 告诉路由器它想连接 192.168.1.2 的 20000 端口
  • 路由器知道这个地址对应 电脑 A，于是建立 电脑 B <-> 电脑 A 的连接，这样小明就成功连上了游戏服务器

同理，连接到 李华的路由器 上的几台电脑间相互访问也没有问题。

我们就可以认为小明的路由器下的几台电脑就位于同一个 内网 中，而李华的路由器下的几台电脑位于 另外一个内网 中。

小明和李华相互通信

当小明想和李华通信时，问题就出现了。因为 小明的路由器 和 李华的路由器 之间没有直接连接，也没有连接到同一个上级路由，它们并不知道如何连接到对方。

如果有公网 IP...

假如运营商给 小明的路由器 或 李华的路由器 分配了公网 IP，这个问题就迎刃而解。

举个例子，假如小明有一个公网 IP 1.1.1.1，那么李华就可以发起对 1.1.1.1 的连接：

  • 我们假设小明已经在路由器上配置了 10000 这个端口映射到 电脑 A 上的游戏服务器 (20000 端口)
  • 李华使用 电脑 D 打开游戏，连接 1.1.1.1:10000
  • 分配了公网 IP 后，李华的路由器 就可以告诉互联网它想连接 1.1.1.1 的 10000 端口
  • 因为这个公网 IP 分配给了小明，互联网中的路由器就会建立 李华的路由器 <-> 小明的路由器 的连接
  • 接下来，小明的路由器 会查询之前配置好的端口映射并将这个连接转发到 电脑 A 的 20000 端口
  • 最终，电脑 D <-> 小明的路由器:10000 <-> 电脑 A:20000 的连接

如果没有公网 IP 呢?

由于 IPv4 地址的稀缺，国内三大运营商（电信、移动、联通）基本都不给家宽用户分配公网 IP，更不用说一些二线小运营商了。

这就导致上面的连接无法成功建立，因为 李华的路由器 想连接到 小明的路由器 就必须告诉互联网对方的公网 IP，但是现在他们都没有分配到公网 IP。这时，二者想建立连接就需要使用内网穿透或 UDP 打洞等技术了。

什么是内网穿透

简单的说，内网穿透就是使用一台有公网 IP 的电脑 （SakuraFrp 将其称为 节点） 作为 “中间人” 来与没有公网 IP 的电脑建立连接并转发数据。

  • 首先，我们假设 电脑 A、电脑 D 和 穿透节点 都接入了互联网（绿色实线），但是只有 穿透节点 分配到了公网 IP，我们在这里用域名 idea-leaper-1.natfrp.cloud 替代。
    假如小明想让其他人连接 电脑 A 上的游戏服务器，他在 电脑 A 上开启了 frpc，此时 frpc 就会通过互联网与穿透节点建立一个连接（紫色虚线），我们将这个连接称为 隧道。

  • Sakura Frp 节点会给每条 隧道 分配一个端口号，也就是所谓的 远程端口。这里我们以 30000 为例。

  • 现在，李华就可以使用 电脑 D 通过互联网连接到 穿透节点:远程端口 了，也就是 idea-leaper-1.natfrp.cloud:30000（蓝色实线）。
    连接建立后，穿透节点 会通过 隧道 联系 frpc，要求 frpc 连接 本地IP:本地端口（小明应该配置 127.0.0.1:10000），frpc 尝试建立这个连接（红色虚线）

  • 如果 frpc 不能成功连接到游戏服务器，就会出现 无法连接到本地服务 的报错。相反，如果连接成功，李华就成功建立了 电脑 D <-> 穿透节点 <-> 电脑 A (游戏服务器) 的一条连接

  • 现在，电脑 D 向 电脑 A 发送数据时，就会先发送到 穿透节点，再由 穿透节点 转发给 frpc，最后转发给游戏服务器，反之同理（蓝色实线）。

    由于 电脑 D 并没有直接连接到游戏服务器，而是由 frpc 代为连接，因此游戏服务器看到的 IP 实际上是 frpc 的 IP，也就是 127.0.0.1。因此，如果小明想知道 电脑 D 的真实 IP，还需要进行 额外配置。

可以，但是什么是端口？为什么穿透要谈端口？

在上面的例子中，我们多次提到了 端口 这个概念。
简单的说，端口就是一台电脑上的一个服务窗口号，一个你电脑中的小小工人蹲在这个窗口专门负责服务一个事项：

访客其实无法告诉你的电脑，他要找谁，电脑只能理解他想找几号窗口。
因此，你基本总要告诉访客，找几号：

某些窗口被某些人占得久了，大家也就默认这个窗口是他的。
而访客也习惯了，即使他没被告知要找几号窗口，他会习惯性地去找自己最常用的那个。

当两个人都想用同一个窗口的时候，就会出现端口冲突，这时就后来者就不被允许抢夺：

内网穿透的时候，SakuraFrp 的服务器相当于一个中转站，它记住每个窗口对应了实际的电脑和窗口号，然后在中间传话：

懂了吗？