在局域网内搭建代理服务器上网

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因项目的需要，翻阅了一些网络设置的内容，对路由器的认识又清晰并且深入的一步。由于在生活中很常见，我们一般提到的路由器就是指家庭中供手机、电脑中上网用的那个设备。但是严格来说，家用路由器并不是单纯的路由器，还包含了交换机功能，并且使用了端口复用NAT方式与外部进行数据交换(PAT)。

因项目用到了网络通信，虽然用路由器等设备能够完成项目的需求，但是对网络通信的内部细节和原理概念不是很清楚，抽时间查阅了一些有关的资料，并通过项目的经验总结出来了这一篇文章。

简单介绍一下PAT(port address translation)，我们知道家用路由器中要填写一个WAN口IP才能上网，那么这个WAN口IP就是可路由的共有IP地址。那么什么是公有IP呢，互联网规定了IPv4的地址分为共有地址和私有地址，私有地址就是常见的192.168.1.0、10.1.1.0等等地址段，这些地址通常用来设置局域网内电脑的IP。比如我们设置了路由器的访问地址是192.168.1.1，那么连接这个路由器的电脑IP就可以是192.168.1.100（2-254之间）。这些私有IP是帮助我们建设局域网的，只能在局域网内访问，路由器是不会转发私有IP的数据到互联网的，即不可路由。那剩下的公有IP就可以在路由器之间传递数据。因此，为了能够上互联网，就必须有一个公有IP。你的路由器设置好了WAN口，那么公有IP就有了，当你浏览网页时，你的电脑、笔记本、手机上网都会使用这个IP向服务器请求数据，服务器也会发送数据到这个IP地址，也就是发送给你的路由器。然后你的路由器再把数据发给你的电脑，你就看到网页了。

那么问题来了，当你的电脑、笔记本、手机同时上网时，路由器是怎么知道改把哪个数据包发送给电脑、笔记本、手机呢。这既是PAT的作用了，你的电脑、笔记本、手机上网时，路由器都会使用PAT给每个局域网IP分配一个端口号，然后公有IP用这个端口号去访问服务器，服务器返回的数据中也会包含这个端口号，路由器再根据这个端口号把数据发给对应的子网设备。

几个重要的概念

IP地址：互联网协议地址，每一个联网的电脑都有一个IP。

  • 大家都明白啦，每一个电脑都要有IP才能上网，IP就是电脑的地址，告诉别人按照这个地址访问我

子网掩码：从名字子网可以看出，用来划分小块网络的。将IP地址划分为网络地址和主机地址，同一个网络地址的电脑组成一个局域网

  • 通过将IP地址和子网掩码进行位与运算，判断两个IP运算后的结果是不是相同来判断这两个IP是不是属于同一个子网。如果属于同一个子网，则直接通信；如果不是一个子网，则会把数据发送到网关。例如电脑AM的IP为192.168.1.12，电脑BM的IP为192.168.1.22，电脑CM的IP为192.168.2.32，子网掩码都是255.255.255.0。通过IP与子网掩码位与运算后分别得到 AM:192.168.1.0、BM:192.168.1.0、CM:192.168.2.0，看出AM与BM是相同的，即有相同的网络地址 192.1.1，属于一个局域网，通过主机地址 12、22 区分不同的主机；CM跟他们都是不一样的，那么A和B就可以通过交换机通信啦，甚至一根网线直接连接A和B的网口也能通信；但是C属于另一个子网，用一根网线或者一个交换机是无法实现通信的，要想进行通信就必须借助到网关。

网关：子网之间连接的关口。

  • 连接两个子网的设备。例如上面的例子电脑AM BM CM，AM想要与CM通信就必须经过网关的转接

路由器：决定两个电脑之间的网络路径

  • 互联网是超级大的，电脑与电脑（服务器也是电脑）之间存在着很多网关、路由器，网络通信中如何通过这些设备才能把数据发送给正确的电脑，就需要路由器给出一条网络路径。而且点到点的网络路径就不只一条，路由协议一般会给出最优的路径。
  • 为了防止数据在互联网内的路由器之间无限循环和转发，IP协议规定了数据包的生存时间TTL，TTL一般为64。当经过一个路由器时，路由器会将TTL减一，当TTL减到0的时候路由器就会丢弃这个数据包。即一般来说IP数据包最多能经过64个路由器，如果经过64个路由器后还没找到目的电脑，那么数据就消失了。

DHCP：动态主机配置协议

  • 电脑需要配置好IP、子网掩码、网关才能上网，如果一个局域网中有很多电脑时，一个个手动配置就太麻烦了。DHCP服务就能够自动配置网络参数。如果电脑开启了DHCP（自动获取IP地址），那么电脑会主动向局域网广播请求IP地址，DHCP服务器收到后会返回给其配置参数，然后电脑根据得到的配置参数自动设置IP等。当IP地址租期到期后，电脑会再次向DHCP服务器请求一个IP。

NAT：网络地址转换

  • IP地址分为公有地址和私有地址。公有地址能够在路由器间路由；私有地址只能在局域网中靠交换机连接，不能被路由。比如说你的IP是192.168.1.111，那么同一个局域网的电脑才能够访问你，其他地方的电脑是找不到你的；而百度的IP地址 14.215.177.38 是公有地址，在任何地方都能访问。
  • 当我们访问百度的时候，IP数据包中就包含了源地址（我们电脑的IP）和目的地址（百度服务器的IP），百度的服务器收到我们的请求后会发送数据给我们的电脑，他会将我们电脑的IP作为目的地址发送IP数据包。当我们电脑的IP是公有地址时，我们能够正常收到返回的数据；当我们的电脑IP是局域网的私有地址时，路由器是找不到我们的，也就是通信失败。
  • 为了能够正常通信，就必须告诉百度服务器一个公有地址，一般要去电信申请，然后填入我们的路由器（或者电脑），比如 220.181.57.77 。我们有了这个IP就可以接入互联网了
  • 如果只有一个公有地址220.181.57.77，那么局域网内其他电脑接入互联网也要用这个IP，为了保证都能上网，一般我们会把220.181.57.77写入路由器的wan口，然后局域网内电脑都接入路由器的lan口

  • 当有电脑访问互联网时，比如访问百度，电脑会在IP数据包中填写源地址为自己的IP:Port,目的地址为百度IP:80，然后发出去，首先经过路由器，路由器的NAT服务会开通一个端口并绑定该电脑，然后将IP数据包中源地址换成路由器的公有地址和新开的端口发送出去，等到百度回复的IP数据包到来后，路由器的NAT服务再根据端口号选择将数据包发给哪个电脑，具体如图：

  • NAT 有三种工作方式：
    静态转换，一个私有地址唯一对应一个公有地址，不可变，需要一个公有地址池；
    动态转换，一个私有地址随机分配一个公有地址，用完就会释放，需要一个公有地址池；
    端口多路复用，即上面讲述的方式，共享一个公有地址，通过端口区分局域网内的电脑，极大节约公有地址，并能隐藏局域网内所有主机

正向代理

经常听到代理上网，代理，顾名思义，通过第三方访问服务器，即，你上网时，你的电脑不直接访问网站，而是让别的电脑去访问网站，然后把网站数据再发给你，这样你就通过其他的电脑获得了你想要的数据。这样做的好处是可以隐藏你的电脑，因为网站只知道访问它的电脑的信息，因此网站只知道你设置代理的电脑，而你的电脑没有访问网站，网站时不知道你的。

正向代理最大的特点是客户端非常明确要访问的服务器地址；服务器只清楚请求来自哪个代理服务器，而不清楚来自哪个具体的客户端；正向代理模式屏蔽或者隐藏了真实客户端信息。它代理的是客户端。

一般作为用户，只用到正向代理

反向代理

反向代理服务器位于用户与目标服务器之间，但是对于用户而言，反向代理服务器就相当于目标服务器，即用户直接访问反向代理服务器就可以获得目标服务器的资源。同时，用户不需要知道目标服务器的地址，也无须在用户端作任何设定。反向代理服务器通常可用来作为Web加速，即使用反向代理作为Web服务器的前置机来降低网络和服务器的负载，提高访问效率。它代理的是服务端。

即，反向代理一般用在网站服务器上，用来分担负载压力，分流流量。对于访问者来说，是不知道服务器有没有代理。

正向代理小实验

tinyproxy是一个Linux上的轻量级代理软件，实验选择Linux主机作为代理服务器，Windows主机通过代理上网。

Linux安装tinyproxy

Linux上，可以下载源码安装，也可以 apt install tinyproxy。

修改配置文件，屏蔽两行

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#允许任何地址连接
#Allow 127.0.0.1

#允许任何端口连接
#ConnectPort 443
#ConnectPort 563

Windows配置代理

在代理设置中填入Linux的IP地址和tinyproxy监听的端口号

设置好后，用浏览器打开百度，发现无法连接到代理服务器，说明Windows代理设置生效

启动tinyproxy服务

tinyproxy -d 在前台运行tinyproxy服务，再次去浏览百度，发现正常访问

这样就可以通过Linux主机代理上网了，可以隐藏自己的Windows电脑了

虽然很不要脸，但是还请您多多打赏 ^_^