路由器WAN口和LAN口詳解

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前一陣子做路由器的連網，由於利用了Openwrt作業系統，做起來雖然方便，但是很多原理細節都被忽略了。所以這裡再來老生常談一下wan口和lan口的區別，以及他們之間的工作原理。

首先百度一下，基本知識：

熟悉網路的朋友都知道WAN是英文Wide Area Network的首字母所寫，即代表廣域網路；而LAN則是Local Area Network的所寫，即本地（或叫區域網路）。那麼我們不妨給路由器上的WAN口和LAN口取一個中文名稱，分別是廣域網路連接埠和本地網連接埠。從名稱中不難發現，WAN口主要用來串連外部網路，如ADSL、LAN、光纖等各種接進線路;而LAN口用來串連內部網路，主要與區域網路中的交換器、集線器或PC相連。在家裡使用時，路由器WAN口使用的IP地址為網路電訊廠商所提供的靜態或動態公網IP地址，而LAN口所使用的IP地址則是區域網路中分配的內網IP地址。因此，每一個路由器都會擁用一個私人IP地址，這樣既可讓路由器充當區域網路中的網關，也便於網管對路由器進行治理。寬頻路由器的路由功能就體現在wan口IP地址和lan口IP地址之間的資料路由上，通常我們根據網路電訊廠商所提供的接入方式來設定WAN口的網路參數，通常有靜態IP地址、動態IP地址或PPPOE等方式，它與網路電訊廠商的接入裝置處於同一個外網。而將LAN口的IP地址則設定為本地區域網路內的IP地址，通常是我們自己可以在寬頻路由器上自行設定的IP地址，LAN口下所串連的電腦群組成一個“本地網”，路由器的LAN口IP地址是這個網路的網關。

再詳細說說資料在同一個路由器上wan口和lan口資料是如何走的。其實這個過程就是NAT的一個過程。NAT技術的出發點事為瞭解決IPv4地址不足的問題，提高現有IPv4地址利用率，但他們的實現機制不一樣。VLSM和CIDR也是這個目的，他們是通過調整子網路遮罩長度。而NAT技術通過允許組織內部網路使用非全域可路由IP地址的用通過地址轉換為全域可路由的IP地址來訪問Internet，以降低對公網IP地址的需求。

NAT就運行在位於內外網之間的路由裝置上，在內外網使用者之間通訊時對資料包中的地址進行轉換。

主要用於三種情形：（1）無足夠的公網IP地址可用時（2）重構網路IP地址部署（3）實現簡單的TCP負載平衡。

我們這裡用家用網路來做舉例，家庭內部網路的機器都是接lan口，通過lan口向外部網路發送資料包，首先發送一個請求到預設閘道，其實就是cpu上的lan口，這裡我們這麼理解，一般的路由器上的網關就是指cpu上的lan口，它一般通過交換晶片擴充出4個lan口，這些lan口就是平時使用的那幾個lan口。路由器在分析下面發送來的資料包後，檢查資料包中的內網IP地址時會檢查裝置本身的NAT地址轉換表。在找到相應條目後，把源地址也就是本來的內網IP地址換成wan口的IP地址，目的地址不變，發送到外網上去。外部網路接受到資料包後，會解析出資料包中的路由器wan口IP地址，將響應資料包返回到這個wan口IP地址，發送迴路由器。路由器將這個返回資料包中目的地址（wan口IP）NAT轉換為內網IP，最終共完成整個資料包的發送和接受。

這裡其實有一個問題要深入一下，這麼多lan口，你怎麼區別返回資料時NAT該怎麼轉換？

另外路由器是怎麼給這些lan口自動分配內網IP地址的？

先來回答第一個問題：

當一台小型商務企業的內部網電腦使用者串連到 Internet 資源時，該使用者的 TCP/IP 協議產生一個 IP 資料包，該資料包包含以下值，這些值位於 IP 和 TCP 或 UDP 標題中：(粗體內容表示受 NAT 影響的項目)：
　　
　　• 目標 IP 地址：Internet 資源 IP 地址
　　• 源 IP 地址：私人 IP 地址
　　• 目標連接埠：Internet 資源 TCP 或 UDP 連接埠
　　• 源連接埠: 源應用程式 TCP 或 UDP 連接埠
　　
　　請求源主機或者其它路由器將此 IP 資料包發送給 NAT, 然後由 NAT 將向外發送的資料包的位址解析如下：
　　
　　• 目標IP地址：Internet 資源 IP 地址
　　• 源IP 地址：ISP 分配的公用地址
　　• 目標連接埠：Internet 資源 TCP 或 UDP 連接埠
　　• 源連接埠：重新對應的源應用程式TCP 或 UDP 連接埠
　　
　　NAT 將重新對應的 IP 資料包發送到 Internet 。響應電腦將向 NAT 返回一個響應。當 NAT 接收到此響應時，該資料包將包含以下地址資訊：
　　
　　• 目標IP 地址：ISP 分配的公用地址
　　• 源IP地址：Internet 資源 IP 地址
　　• 目標連接埠：重新對應的源應用程式 TCP 或 UDP 連接埠
　　• 源連接埠：Internet 資源的 TCP 或者 UDP 連接埠
　　
　　當 NAT 完成映射和解析地址後，將向 Internet 用戶端發送資料包，此資料包包含以下地址資訊：
　　
　　• 目標 IP 地址：私人 IP 地址
　　• 源 IP 地址：Internet 資源 IP 地址
　　• 目標連接埠：源應用程式TCP 或者 UDP 連接埠
　　• 源連接埠：Internet 資源 TCP 或 UDP 連接埠

看完這段，我的理解是根據NAT表和連接埠號碼來對不同的lan和不同的服務做區別的。NAT表應該是臨時建立的，哪個lan口發出請求，NAT表就增加一項，記錄私人（內網）IP，不同的服務使用連接埠號碼的映射來做區別。

那麼第二個問題就要涉及DHCP了。我們再來瞭解下這個應用程式層服務。基礎知識可以先百度。

DHCP是一個基於廣播的協議，它的操作可以歸結為四個階段，這些階段是IP租用請求、IP租用提供、IP租用選擇、IP租用確認。

 

從這4個名詞中我們就知道DHCP的基本工作原理了，首先lan廣播找到DCHP伺服器，那麼lan廣播的這一段就是DHCP用戶端。接著可能有很多DHCP伺服器返回了OFFER報文進行IP地址預分配，然後DHCP用戶端選擇（一般是第一個收到的offer）進行確認REQUEST，DHCP伺服器收到確認後，帶著預先準備好的ip發送ACK報文，完成整個過程。那麼這裡的伺服器就是我們的網關咯，也就是CPU，它是裝過dhcp服務的openwrt系統，但是openwrt系統的dhcp和linux不一樣，完了再慢慢研究吧。不過我想原理是差不多的。