[系统运维]网络NAT、桥接与主机模式

前言

笔者很早以前写了本机windows连接虚拟机Ubuntu的时候使用的NAT模式连接：SecureCRT无法连接VMWare Ubuntu虚拟机问题解决办法_fenglllle的博客-CSDN博客_securecrt连接不到vmware

然后在MySQL安装时虚拟机使用的却是桥接模式?：ubuntu MySQL安装使用教程_fenglllle的博客-CSDN博客_ubuntu安装mysql

那么这些网络模式的区别是什么?，笔者一直没有研究过，知道最近检查家庭网络时，折腾光猫桥接，路由器拨号才想起，这些的关联关系与网络协议的关系。实际上以前也看过关于这些的区别，但是没有实际体验过，也没用折腾过，很快就忘记了，这次以笔者的实际折腾经验讲讲区别。而且这些网络在交换机、虚拟机、docker、路由器方面广泛的应用。

1. 网络模式?

网络模式实际上主要有3种常见模式NAT、桥接、主机，最常用的是NAT、桥接。以笔者的路由器为例：

笔者配置的就是NAT模式，还有Singtel、桥接可选。其中Singtel就是主机单机模式 （HOST-ONLY）

1.1 NAT

NAT：Network Address Translation，网络地址转换，将一个公网IP（Internet Protocol）地址与私网IP地址进行绑定通信，NAT屏蔽了内部网络，此时外网是不能穿透内网的，这就是为什么很多博客在讲内网穿透，这种技术解决了IPV4地址枯竭的问题，同时也延长了IPV6的普及。NAT类型：静态NAT(Static NAT)、动态地址NAT(Pooled NAT)、网络地址端口转换NAPT（Port－Level NAT)，常用的是NAPT，就是家用环境的网络，服务器对外用的都是公网ip，是可以直接访问的。NAT这种模式也是路由的一种。

静态NAT是一个外网固定IP，对应绑定一个私网IP；

动态NAT是一个外网临时IP对应绑定一个私网IP；

NAPT是一个外网IP+一个端口绑定一个私网IP，外网IP可以是固定的，也可以是临时分配的，大部分是临时分配，固定公网IP需要向运营商申请。

NAPT示意图：

?实际上服务器内部也是使用NAT模式，因为服务器对外的IP是固定的，可以通过端口绑定的方式，实现对内访问，家庭内网穿透也是同理。

1.1.1 路由模式

实际上NAT也是路由的一种，NAT是公网到私网的定义，实际上私网之间也是需要数据交换的，即路由。所以很多光猫或者路由器直接使用路由模式与桥接模式区分，从这个来区分，路由器也是一台弱交换机。

根据TCP/IP协议，私网之间不是同一个网段是不能相互通信的，关键是子网掩码，如果子网掩码不一样，网关就不一样，是不能直接访问的，这个时候就需要交换数据。一般就会接交换机路由器或者用台电脑来交换数据（软路由😅），就会出现多层NAT。

以太网交换机工作在第二层(数据链路层)，用于在同一网络内部转发以太网帧。如果源和目标IP地址位于不同网络时，以太网帧必须发送给路由器，路由器负责在不同网络间传输报文，通过路由表来决定最佳转发路径。

实际上这个是理论上的划分，实际硬件的划分比较模糊，通常一个硬件赋予了多种用途，比如光猫，可以赋予拨号，DHCP，WIFI等能力。

1.1.2 DHCP

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),动态主机配置协议，局域网协议，由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。

为什么说这个，因为家庭网络基本上使用的DHCP，遥想笔者上大学（2009年）的时候，还是在学校申请IP才能上网，后来就改为自动获取了。这中间有什么区别呢？

我们知道根据TCP/IP协议，没有IP地址是无法通信的，因为IP是唯一标识，无论广域网还是局域网都是一样。DHCP就是局域网来自动分配IP地址用的

IPV4地址专门保留了三个区间作为私有地址：

10.0.0.0/8的8表示8个1，表示地址范围是A类

IPV6以fd00::/8的为保留地址

如果没有DHCP，那么IP地址就只能手动分配，即上网需要配置IP地址，这个多不方便啊，DHCP也是可以固定IP分配的，实际上一般是交换机通过网口与mac地址绑定的，所以无论怎么重启，只要mac地址不变，ip就不会改变，只需要告诉DHCP服务器，我需要xxx的IP地址，只要DHCP服务器没有分配给别人就可以分配，根据DHCP策略，也可以把分配给别人的IP收回来给这台机器使用，但是IP不能重复，否则DHCP服务器就会无法处理。

1.1.3 PPPoE

?拨号上网，一般常见于家庭网络，专线不知道是否需要，没接触过。拨号的本质就是去运营商申请公网IP，一般由光猫或者路由器完成，只要路由器硬件不是太差，优先推荐路由器。

1.1.3 NAT优缺点

NAT的本质就是隔离内外网，建立可以跟外网通信的局域网，节约了IP地址，缺点也是很明显，是独立的局域网，外网访问需要固定公网IP，需要绑定端口通信。这里同时讲了DHCP和PPPoE，实际上NAT不需要DHCP和PPPoE，比如我手动设置IP上网，也没问题，至于PPPoE则是运营商的锅，根据笔者理解，完全可以绑定设备（比如光猫mac）的方式规划宽带大小和自动申请公网IP段，不知道为啥需要拨号。可能笔者理解有限。

1.2 桥接

桥接bridge，实际上名字就是其本义，就是搭桥，使网络延伸更广的地方。实际上就是用于，比如交换机网口不够了，需要WiFi等场景，延伸网络的传递。

那个从字面意思，桥接使用上一级路由的DHCP或者手动IP方式通信，相当于上一级NAT的桥接延伸，也可以通过WiFi延伸，连接的设备就是上一级路由的IP网络，可以相互通信。

1.3 HOST-NOLY

host-only就是单独主机，本身并不能与外界通信，只能主机之间通信，纯粹局域网。笔者的路由器支持这种模式，但是用处很有限，仅在特殊需要隔绝外网的情况有用，可能部分安全行业需要吧。

2. 虚拟机的应用

以VM和PD虚拟机为例，实际上标准是一样的，其他虚拟机大同小异。实际上虚拟机使用的也是NAT 桥接 主机模式

VM虚拟机默认NAT。NAT模式可以通过端口转发的方式访问内部的服务

其中VM建了2张虚拟网卡，VMnet8就是NAT使用的，VMnet1是主机模式用的，桥接使用的上一级路由来获取IP，相当于独立的挂在NAT上的机器设备，不会创建虚拟网卡。

?PD虚拟机默认共享网络，也是NAT，笔者这里改为桥接了。

实际上也创建了2张虚拟网卡来处理NAT与host-only

3. docker的应用

docker是一个特殊的NAT设计，因为docker本身是进程态，而不是虚拟机，也可以认为是进程虚拟模式

?docker网络有：bridge（默认）、 none 、host

实际上还有容器网络Container：和一个指定的容器共享IP、端口范围

笔者macOS并没发现docker0的虚拟网卡，但是Ubuntu可以发现docker0虚拟网卡，查资料说，只有Linux是原生docker，mac win都是虚拟机上创建的。

在docker run时，用 --net 指定容器网络模式：

host：? ? ? ? ?使用 --net=host

none：? ? ? ? 使用 --net=none

bridge：? ? ? 使用 --net=bridge，默认就是

container： 使用 --net=container:NAME_or_ID?

docker也可以自定义网卡实现真正意义的桥接，每个docker容器实现独立的网络IP，实际上就是我们自己创建虚拟网卡，桥接模式，让docker使用我们自己创建的虚拟网卡通信，外网就能访问，也能通过DHCP分配IP，或者固定IP。比如overlay网络驱动、pipework、macvlan等，推荐macvlan：原理是在宿主机的物理网卡上虚拟出多个虚拟网卡，通过不同的MAC地址在数据链路层（Data Link Layer）进行网络数据转发。

docker network create -d macvlan \  #使用macvlan方式
    --subnet=192.168.79.0/24 \  #子网掩码，C类是24个1
    --gateway=192.168.79.1  \   #网关，笔者的路由器是79.1
    -o parent=en1 macvlannet    #物理机网卡名称 网络模式命令

笔者的路由器

docker run的时候可以加--net=macvlannet来桥接网络了。😄?

4. 路由器与交换机

本质上交换机，路由器都是小型服务器设置，只是功能用于处理网络的NAT与桥接。

交换机实际上实现的是NAT或者桥接的网络设备，实际上可能会有其他功能，类似路由器，路由器也是一台小型交换机，只是硬件能力较差。

路由器实际上也是一个NAT或者桥接的设备，WiFi本质就是无线桥接，路由器的AP模式，无线中继，桥接，WiFi都是桥接模式，路由器支持NAT DHCP PPPoE等，可以支持端口转发，这实际上就是内网穿透的原理，类似docker的bridge模式，通过端口映射转发数据。以笔者路由器为例：

?很遗憾宽带没有IPV6，😅端口转发

5. 网络层TCP/IP协议

实际上，网络协议是基于TCP/IP 4层协议，或者5层协议（5层就是把网络接口层划为2部分），理想模型是OSI 7层模型，但是实际上运用中合并了部分层级，日常接触到的是应用层协议，比如HTTP，偶尔会接触到传输层协议TCP/UDP，根据现有的设计，HTTP3.0基于UDP协议传输，技术变化好快😄，一般而言，路由器是应用层以下协议的实现，NAT和桥接

总结

搞清楚了网络的NAT，桥接模式，那么很多应用场景就很清晰了，比如交换机、路由器、光猫等。而且在实际生产运用中，比如虚拟机，docker等，理解网络模式就可以根据自己的需要定制网络，建立一个符合需求的庞大生产网络，而且家庭环境也可以定制化家庭网络设计，NAS、软路由等设备也可以自定义实现。