很多人都知道局域网接入Internet互联网的方式有三种，一是路由、二是通过代理服务器、三是网络地址转换(NAT)。但是我相信有很多小伙伴并不真的清楚它们的各自原理和区别。
今天我就以本篇文章内容，详细讲述一下路由、代理、NAT技术的实现原理与彼此区别!
一、 路由
1、 先了解一下什么是路由
简单理解路由就是从源头到目的路径的选择，路径选择的过程会依据路由算法，用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准，如路径。为了帮助选路，初始化并维护包含信息的，路径信息根据使用的路由算法不同而不同。
根据许多信息来填充。目的/对告知到达该目的最佳方式是把分组发送给代表""的路由器，当路由器收到一个分组，它就检查其目标地址，尝试将此地址与其"下一跳"相联系。下表为一个目的/下一跳的例子。
还可以包括其它信息。比较metric以确定最佳路径，这些metric根据所用的而不同。彼此通信，通过交换路由信息维护其，路由更新信息通常包含全部或部分路由表，通过分析来自其它路由器的路由更新信息，该路由器可以建立。间发送的另一个信息是链接广播信息，它通知其它路由器发送者的链接状态，链接信息用于建立完整的拓扑图，使路由器可以确定最佳路径
2、以实例理解IP路由的基本过程
下图共有两个不同的网段分别是NetworkA与NetworkB，这两个网段是通过一个路由器(Server A)来进行数据传递，那么当PC01这台主机想要传送数据到PC11时，它的IP数据包该如何传输?
过程分析：
NetworkA(192.168.0.0/24)与NetworkB(192.169.1.0/24)是不同的网段，所以PC01与PC11是不能直接传递数据的。当主机要发送数据时，它主要参考是路由表，分析过程如下。
1、查询IP数据包的目标IP地址
当PC01有IP数据包发送时，主要会查阅IP数据包报头的目标IP地址。
2、查询PC01的路由表
PC01主机会分析自己的路由表，当发现目标IP与本机IP在同一网段，则PC01会直接通过局域网，将数据直接传送到目的主机。
3、查询默认路由
因为PC01与PC11不在同一网络，因此PC01会分析路由表当中是否有其他相符合的路由设置值，如果没有，就直接将IP数据包发送到默认路由当中去，在本应用中，Default Gateway是Server A这台。
4、送出数据包到Default Gateway后，不理会数据包流向
当IP由PC01送给Server A之后，PC01就不理会接下来的工作，而Server A接收到这个数据包后，会依据上面的流程，也分析自己的路由表，然后向后继续传输到正确的目的主机上面。
5、直接路由连接互联网的方式并不可取
理解了路由的基本概念后，应该知道路由过程源iP是不变的，那么就要求都有真实的公网IP，而公网IP地址属于紧缺资源，并且直接用公网IP暴露在公网上安全也无法得到保障。所以直接路由这种上互联网的方案在多数环境下并不可取。
二、 代理服务器
1、什么是代理服务器
代理服务器(Proxy Server)是个人网络和Internet服务商之间的中间代理机构，它负责转发合法的网络信息，对转发进行控制和登记。代理服务器作为连接Internet(广域网)与Intranet(局域网)的桥梁，在实际应用中发挥着极其重要的作用，它可用于多个目的，最基本的功能是连接，此外还包括安全性，缓存，内容过滤,访问控制管理等功能。代理服务器，顾名思义就是局域上不能直接上网的机器将上网请求(比如说，浏览某个主页)发给能够直接上网的代理服务器，然后代理服务器代理完成这个上网请求，将它所要浏览的主页调入代理服务器的缓存;然后将这个页面传给请求者。这样局域网上的机器使用起来就像能够直接访问网络一样。并且，代理服务器还可以进行一些网站的过滤和控制的功能，这样就实现了我们控制和节省上网费用。
通俗理解： 我们或许会帮忙家人去办理一些杂务吧!举个例子来说，例如缴费或者是申办提款卡等等的， 由于你并不是『申请者本人』而是『代理人』的角色，因此有时候会需要拿出一些证件， 代理服务器(Proxy Server)与上面真实世界一样，当客户端有因特网的数据要求时， Proxy 会帮用户去向目的地取得用户所需要的数据。所以，当客户端指定 WWW 的代理服务器之后，用户的所有 WWW 相关要求就会通过代理服务器去捉取。
代理分类：HTTP代理;socks代理;VPN代理;FTP代理等
2、代理服务器的原理和运作流程
工作原理：
客户端首先与代理服务器创建连接，接着根据代理服务器所使用的代理协议，请求对目标服务器创建连接、或者获得目标服务器的指定资源(如：文件)。
在后一种情况中，代理服务器可能对目标服务器的资源下载至本地缓存，如果客户端所要获取的资源在代理服务器的缓存之中，则代理服务器并不会向目标服务器发送请求，而是直接返回缓存了的资源。一些代理协议允许代理服务器改变客户端的原始请求、目标服务器的原始响应，以满足代理协议的需要。代理服务器的选项和设置在计算机程序中，通常包括一个"防火墙"，允许用户输入代理地址，它会遮盖他们的网络活动，可以允许绕过互联网过滤实现网络访问。
运作流程：
cache的存在，可以做假象的web加速;
当Proxy的快取拥有用户所想要的数据时：
- a. Client 端向 Server 端发送一个数据需求封包;
- b. Server 端接收之后，先比对这个封包的『来源』与预计要前往的『目标』网站是否为可接受? 如果来源与目标都是合法的，或者说，来源与目标网站我们的 Proxy 都能帮忙取得资料时，那么 Server 端会开始替 Client 取得资料。这个步骤中比较重要的就是『比对政策』啦，有点像是认证的感觉啦;
- c. Server 首先会检查自己快取 (新的数据可能在内存中，较旧的数据则放置在硬盘上) 数据， 如果有 Client 所需的数据，那就将数据准备取出，而不经过向 Internet 要求数据的程序;
- 最后当然就是将数据回传给 Client 端!
当Proxy的快取没有用户所想要的数据时：
1) Client 端向 Server 端发送一个数据需求封包;
2) Server 端接收之后，开始进行政策比对;
3) Server 发现快取并没有 Client 所需要的资料，准备前往因特网抓取数据;
4) Server 开始向 Internet 发送要求与取得相关资料;
5) 最后当然就是将数据回传给 Client 端啰!
3、基本功能
(1) 充当局域网与外部网络的连接出口 充当局域网与外部网络的连接出口，同时将内部网络结构的状态对外屏蔽起来，使外部不能直接访问内部网络。从这一点上说，代理服务器就充当的网关。
(2)作为防火墙 代理服务器.可以保护局域网的安全，起防火墙的作用。通过设置防火墙，为公司内部的网络提供安全边界，防止外界的侵入。 (3)网址过滤和访问权限限制 代理服务器可以设置IP地址过滤，对外界或内部的Internet地址进行过滤，限制不同用户的访问权限。例如代理服务器可以用来限制封锁IP地址，禁止用户对某些网页进行浏览。 (4)提高访问速度 代理服务器将远程服务器提供的数据保存在自己的硬盘上，如果有许多用户同时使用这一个代理服务器，他们对Internet站点所有的访问都会经由这台代理服务器来实现。当有人访问过某一站点后，所访问站点的内容便会被保存在代理服务器的硬盘上，如果下一次有人再要访问这个站点时，这些内容便会直接从代理服务器磁盘中取得，而不必再次连接到远程服务器上去取。因此，它可以节约带宽、提高访问速度。
三、NAT网络地址转换技术
1、先了解几个基本名词
公有IP地址：也叫全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC(网络信息中心)或者ISP(网络服务提供商)分配的地址，对外代表一个或多个内部局部地址，是全球统一的可寻 址的地址。
私有IP地址：也叫内部地址，属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。因特网分配编号委员会(IANA)保留了3块IP地址做为私有IP地址：
10.0.0.0 ——— 10.255.255.255
172.16.0.0——— 172.16.255.255
192.168.0.0———192.168.255.255
地址池：地址池是有一些外部地址(全球唯一的IP地址)组合而成，我们称这样的一个地址集合为地址池。在内部网络的数据包通过地址转换到达外部网络时，将会在地址池中选择某个IP地址作为数据包的源IP地址，这样可以有效的利用用户的外部地址，提高访问外部网络的能力。
2、什么是NAT?
NAT(Network Address Translation，网络地址转换)是1994年提出的。它是一个IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程任务组)标准，允许一个整体机构以一个公用IP(Internet Protocol)地址出现在Internet上。顾名思义，它是一种把内部私有网络地址(IP地址)翻译成合法网络IP地址的技术，如下图所示。因此我们可以认为，NAT在一定程度上，能够有效的解决公网地址不足的问题。
简单理解，NAT就是在局域网内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在网关(可以理解为出口，打个比方就像院子的门一样)处，将内部地址替换成公用地址，从而在外部公网(internet)上正常使用，NAT可以使多台计算机共享Internet连接，这一功能很好地解决了公共 IP地址紧缺的问题。通过这种方法，可以只申请一个合法IP地址，就把整个局域网中的计算机接入Internet中。这时，NAT屏蔽了内部网络，所有内部网计算机对于公共网络来说是不可见的，而内部网计算机用户通常不会意识到NAT的存在。如下图所示。这里提到的内部地址，是指在内部网络中分配给节点的私有IP地址，这个地址只能在内部网络中使用，不能被路由转发。
3、NAT的功能
NAT不仅能解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。
1)宽带分享：这是 NAT 主机的最大功能。
2)安全防护：NAT 之内的 PC 联机到 Internet 上面时，他所显示的 IP 是 NAT 主机的公共 IP，所以 Client 端的 PC 当然就具有一定程度的安全了，外界在进行 portscan(端口扫描) 的时候，就侦测不到源Client 端的 PC 。
4、NAT的分类
NAT的分类有三种，即静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat和端口多路复用OverLoad。
静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换，可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备(如服务器)的访问。
动态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址是不确定的，是随机的，所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。也就是说，只要指定哪些内部地址可以进行转换，以及用哪些合法地址作为外部地址时，就可以进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。当ISP提供的合法IP地址略少于网络内部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。
端口多路复用(Port address Translation,PAT)是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换，即端口地址转换(PAT，Port Address Translation).采用端口多路复用方式。内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自internet的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。
ALG(Application Level Gateway)，即应用程序级网关技术：传统的NAT技术只对IP层和传输层头部进行转换处理，但是一些应用层协议，在协议数据报文中包含了地址信息。为了使得这些应用也能透明地完成NAT转换，NAT使用一种称作ALG的技术，它能对这些应用程序在通信时所包含的地址信息也进行相应的NAT转换。例如：对于FTP协议的PORT/PASV命令、DNS协议的 "A" 和 "PTR" queries命令和部分ICMP消息类型等都需要相应的ALG来支持。
如果协议数据报文中不包含地址信息，则很容易利用传统的NAT技术来完成透明的地址转换功能，通常我们使用的如下应用就可以直接利用传统的NAT技术：HTTP、TELNET、FINGER、NTP、NFS、ARCHIE、RLOGIN、RSH、RCP等。
NAT映射图解：
5、NAT工作原理
地址转换：当私有网主机和公共网主机通信的IP包经过NAT网关时，将IP包中的源IP或目的IP在私有IP和NAT的公共IP之间进行转换。
如下图所示，NAT网关有2个网络端口，其中公共网络端口的IP地址是统一分配的公共 IP，为202.20.65.5;私有网络端口的IP地址是保留地址为192.168.1.1。私有网中的主机192.168.1.2向公共网中的主机202.20.65.4发送了1个IP包(Dst=202.20.65.4,Src=192.168.1.2)。
当IP包经过NAT网关时，NAT Gateway会将IP包的源IP转换为NAT Gateway的公共IP并转发到公共网，此时IP包(Dst=202.20.65.4，Src=202.20.65.5)中已经不含任何私有网IP的信息。由于IP包的源IP已经被转换成NAT Gateway的公共IP，Web Server发出的响应IP包(Dst= 202.20.65.5,Src=202.20.65.4)将被发送到NAT Gateway。
这时，NAT Gateway会将IP包的目的IP转换成私有网中主机的IP，然后将IP包(Des=192.168.1.2，Src=202.20.65.4)转发到私有网。对于通信双方而言，这种地址的转换过程是完全透明的。转换示意图如下。
如果内网主机发出的请求包未经过NAT，那么当Web Server收到请求包，回复的响应包中的目的地址就是私有网络IP地址，在Internet上无法正确送达，导致连接失败。
连接跟踪：
在上述过程中，NAT Gateway在收到响应包后，就需要判断将数据包转发给谁。此时如果子网内仅有少量客户机，可以用静态NAT手工指定;但如果内网有多台客户机，并且各自访问不同网站，这时候就需要连接跟踪(connection track)。如下图所示：
在NAT Gateway收到客户机发来的请求包后，做源地址转换，并且将该连接记录保存下来，当NAT Gateway收到服务器来的响应包后，查找Track Table，确定转发目标，做目的地址转换，转发给客户机。
端口转换：
以上述客户机访问服务器为例，当仅有一台客户机访问服务器时，NAT Gateway只须更改数据包的源IP或目的IP即可正常通讯。但是如果Client A和Client B同时访问Web Server，那么当NAT Gateway收到响应包的时候，就无法判断将数据包转发给哪台客户机，如下图所示。
此时，NAT Gateway会在Connection Track中加入端口信息加以区分。如果两客户机访问同一服务器的源端口不同，那么在Track Table里加入端口信息即可区分，如果源端口正好相同，那么在实行SNAT和DNAT的同时对源端口也要做相应的转换，如下图所示。
四、路由、代理服务器、NAT区别
1、代理服务器和NAT区别
应用的区别, NAT 设备是网络基础设备之一, 解决的是IP不足的问题，而代理服务器则是更贴近具体应用。
例如: 通过代理服务器进行"翻墙", 另外像迅游这样的加速器, 也是使用代理服务器实现的
底层实现的区别, NAT 是工作在网络层的, 直接对IP地址进行替换，而代理服务器往往工作在应用层。
使用范围的区别, NAT 一般在局域网的出口部署，而代理服务器可以在局域网做, 也可以在广域网做, 也可以跨网。
部署位置的区别, NAT 一般集成在防火墙, 路由器等硬件设备上，而代理服务器则是一个软件程序, 需要部署在服务器上
2、路由与NAT的区别
本质区别：数据包通过路由可以从一个网络到另一个网络，他是通过数据包的目的IP和源IP实现的，当一个数据包进入路由器是，路由器会根据她的目标ip和源ip在路由表中查找，并将数据包原封不动的传向路由器的某个端口。而数据包通过NAT，NAT将会根据规则将数据包中的源ip和目标IP改变，并在NAT机器上做改变记录。
简而言之，路由不改变数据包包头信息，NAT则改变;
表面区别:路由打通的两个网段地位是公平的，既都是公网或都是私网，理解起来比较简单，因为路由不改变包头信息，所以如果用路由连接公网和私网的话，目的地址为私网(192.168.1.2)的数据包在公网上找不到归宿。其实路由表里面也没有相关的路由信息。
NAT打通的可以是两个公平的网络，也可以是一个内网和一个外网。
五、什么时候用路由?什么时候用代理?什么时候用NAT?
1、公网与公网之间访问用路由
2、专网之间访问多数用路由，例如：政务专网、金融专网、集团专网、能源专网等
3、私网中不同网段之间访问多数用路由
4、内网通过路由器访问公网时多数用NAT
5、突破自身IP访问限制，访问一些国外的站点;比如Google，Facebook等网站时用代理
6、提高访问速度可以用代理服务器，代理服务器都设置一个较大的硬盘缓冲区，当有外界的信息通过时，同时也将其保存到缓冲区中，当其他用户再访问相同的信息时， 则直接由缓冲区中取出信息，传给用户，以提高访问速度;
7、隐藏真实IP用代理
