内网穿透，代理服务，NAT
1.NAT技术
NAT技术解决了IPv4协议中，IP地址缺少的问题，NAT能够将私有IP对外通信时转换成公网IP，私有IP可以重复在不同内网中，而公网IP是唯一的。
数据路由时，NAT将源IP地址进行替换，当替换到出入口路由器(一边内网一边公网)后，就不进行替换。
只有一个NAT技术不行，当内网两个IP同时访问公网的一个服务器，源ip替换时，就变成两个相同IP的报文，无法区分是谁发送的。
NAPT表
每个路由器上，除了有一张路由表外，还有一个NAPT表，记录了源ip，源端口和替换后的ip和端口之间的映射关系。就可以避免同一个子网访问同一个服务器替换后ip相等的问题。这里除了ip会被替换，端口号也被替换了。
图中，两个私有IP+port替换时，替换成了同一个公网IP，但是port不同，就可以唯一标识了。公网先内网应答时，到了出入口路由器，可以查看NAPT表知道映射关系，就可以替换成内网ip地址发送到指定的主机中。
2.代理服务
正向代理
正向代理是一种常见的网络代理方式，在客服端和服务器之间，为客服端代理发送请求，正向代理服务器接收到客服端的请求，然后请求转发给目标服务器，服务器应答发送给代理服务器，最后将目标服务器响应返回给客服端。正向代理可以实现高效访问速度，隐藏客服身份，访问控制等。
代理服务器还会对历史访问过的数据进行缓存，提高历史访问过的内容速度，比如舍友看了电影，需要从服务器中接收资源下载电影，在代理服务器中会缓存这个电影的数据，第二次观看电影时，就可以不同从目的服务器中获取资源下载了，直接从代理服务器中获取观看电影。代理服务器可以检测应答报文是否合理，遇到非法报文会进行过滤。负载均衡功能，代理服务器可以避免多个主机访问同一个服务器，可以合理分配请求数量，使每一个服务器都可以处理合适数量的请求，不会负载超标。
反向代理
反向代理服务器是一种网络架构模式，作为Web服务器的前置服务器，接收来自客服端请求，并将这些请求转发给后端服务器，后端服务器响应返回给客服端。这种模式可以提高效率。代理的对象使服务器集群。
基本原理
反向代理服务器处于客服端和服务器之间，客服端发起请求时，会先到反向代理服务器，反向代理服务器会转发给后端服务器，并将服务器的响应返回给客服端。反向代理服务器会把请求均匀，使每一个服务器都接收到合适的请求，不会使单个服务器超载。
现实中，访问qq用域名访问时，会把域名解析成IP地址，这个IP地址就是反向代理服务器的地址。反向代理服务器可以高效的处理请求转发工作，本身不需要进行复杂处理。对于获取超文本等静态资源，反向代理服务器可以直接从公共区域获取，公共区域一般存放常见的，不怎么变化的静态资源，反向代理服务器就可以快速将这些静态资源提供给客服端。
域名解析会随机解析成不同的IP地址(IPx)，这里的x的值代表不同地区的反向代理服务器，这种设计是不同的地区部署反向代理服务器，是用户可以就近访问服务器，从而减少网络延迟(DNS策略)。
动态资源需要从后端获取，像注册登陆交互式存在，反向代理服务器会把后端处理返回的资源发送给客服端。
3.CDN
CDN是内容分发网络，可以将一些静态资源部署到一些CND结点上，用户获取资源时，不用访问服务器，直接访问距离自己最近的CDN服务器，用户访问这些资源CDN没有，CDN就会像服务器获取，并在CDN上面缓存内容。
使用场景
用户分布广，流量大，并发高如直播，静态资源高。
CDN工作简单理解
CDN（内容分发网络）简单的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1.用户访问网站
当用户输入网址访问网站时，浏览器先向本地DNS服务器请求解析域名。2.DNS解析
本地DNS查询：本地DNS服务器会先在其缓存中查找是否有该域名对应的IP地址记录。如果有，就直接将IP地址返回给浏览器；如果没有，就向CDN的DNS服务器请求解析。
CDN DNS解析：CDN的DNS服务器根据用户的位置、网络状况等因素，选择一个最优的CDN节点IP地址返回给本地DNS服务器，本地DNS服务器再将这个IP地址返回给浏览器。3.用户与CDN节点交互
请求资源：浏览器根据得到的CDN节点IP地址，向该CDN节点请求网站的资源（如网页、图片、CSS、JavaScript等）。
CDN节点响应：
命中缓存：如果CDN节点上已经缓存了用户请求的资源，它会直接将资源返回给浏览器，这个过程称为“命中缓存”。
未命中缓存：
回源拉取：如果CDN节点上没有用户请求的资源，它会向源服务器（网站的实际服务器）请求该资源。
缓存资源：CDN节点在得到源服务器返回的资源后，会将资源缓存到本地，然后将资源返回给浏览器。这样，下次有用户请求相同资源时，就可以直接从CDN节点获取，而无需再次回源。4.后续访问
后续其他用户如果请求相同的资源，只要在CDN节点的缓存有效期内，CDN节点就可以直接将缓存的资源返回给用户，而不需要再次向源服务器请求，从而提高了访问速度，减轻了源服务器的压力。简单来说，CDN就像是一个分布式的“仓库网络”，它在用户和源服务器之间建立了一个中间层，将网站的资源“存储”在离用户更近的地方，让用户可以更快地获取资源。
4.科学上网原理
需要下载一个特殊软件(VPN客服端软件)，VPN客服端与远程的VPN服务器建立连接，这个连接过程有身份验证，只有授权的用户可以连接VPN服务器。当用户通过本地设备访问外网资源时，所要发送的数据都会被VPN客服端劫持，如果是访问境内的服务器就不会劫持，访问外网就会劫持掉，VPN会对劫持的数据进行加密，加密的数据运营商无法识别，就会发送给代理服务器上，VPN服务器接收到加密数据后，会使用相对应的密钥进行解密，还原出原始的用户的请求，得到一个访问外网的链接，VPN根据用户请求，以自身的IP地址代替用户的IP地址，先外网的目标服务器发送请求获取相对应的资源，目标服务器接收到VPN服务器请求后，将请求的资源作为响应返回给VPN服务器。VPN会对应答数据进行加密，通过运营商返回给主机，主机设备上的VPN客服端接收到加密文件后会进行解密，得到访问的外网资源。
5.内网穿透
在公司中，有属于公司的内网，回到家中就无法访问公司网络，当遇到问题时，又在家里面就会出现问题，所有有了内网穿透，可以时内网与内网进行访问。
有两个不同局域网中的设别主机A和主机B，处于不同的子网中，两个主机无法通信，要想通信就需要主机B所在的局域网中，主动连接中转服务器，构建一个通信道路，私有IP+port和公网IP+port建立对应的映射关系。这时主机A再通过访问中转服务器中指定的公网IP+port，就可以把数据发送给主机B了。此时主机A和主机B路由器都缓存了映射关系，就可以不需要中转服务器，通过路由器进行通信。
例子：
有一台云服务器，并在内网中构建一个Linux机器，使用22端口部署一个SSH服务器，可以与云服务器进行连接。云服务器也部署一个服务，可以将机器上的8888端口获取的数据转发到内网Linux机器上，云服务器的8888端口就与内网服务器上的22端口建立了映射。其它内网的机器可以通过访问云服务器的8888端口直接访问内网的Linux服务器。frp是专门的内网穿透软件，frpc是frp客服端，frps是frp服务端。
frp软件介绍
frp是一个高性能的内网穿透软件，它能够帮助你通过一个处于内网的机器（客户端）将本地服务器的服务端口映射到一个处于外网的机器（服务端）上，从而可以让外网用户通过服务端访问到内网的服务器。frp由两个部分组成：
frpc（客户端）和frps（服务端）。具体实现过程
云服务器配置：
在云服务器上部署
frps服务端。配置
frps，指定监听的端口（如8888端口）以及其他相关参数（如认证信息等）。内网Linux机器配置：
在内网中的Linux机器上部署SSH服务器，监听22端口。
在该机器上安装
frpc客户端，并配置frpc的配置文件，指定连接到云服务器的frps服务端，以及要映射的本地SSH服务的22端口到云服务器的8888端口。建立连接和映射：
当
frpc启动后，它会主动连接到云服务器上的frps服务端，并建立一条加密的通信通道。配置完成后，云服务器的8888端口就与内网Linux机器的22端口建立了映射关系。
frps会将接收到的发往8888端口的数据转发到内网Linux机器的22端口上。访问内网Linux机器：
其他内网的机器或者其他外网用户可以通过访问云服务器的8888端口，实际上访问的是内网Linux机器上的SSH服务。因为
frps会将数据转发到内网机器的22端口，内网机器上的frpc会接收并处理这些数据。
6.内网打洞
观看直播时，主播将直播消息转发到服务器中，服务器将信息发送给各个客服端，但是人数多了起来就会有很大的负载，就可以让客服端主动连接服务器，服务器在内部，交换客服端的公网IP和端口号，就可以不用服务器工作，直接路由器对路由器了，第一次还是通过服务器来交换IP和端口号，第二次就不需要了，进行p2p模式。
P2P可以减少服务器负担，还是有客服端与服务器连接的，不过将压力分摊到客服端中。
内网打洞的工作原理
信息交换：
客户端和服务端通过云服务器交换彼此的 WAN口IP 和 端口号。
云服务器作为中介，将客户端的 IP+port 发送给服务端，同时将服务端的 IP+port 发送 给客服端。
建立直接连接：
客户端和服务端分别使用对方的 IP+port 尝试建立直接连接。
由于双方的 WAN口IP 和 端口号 已经交换，路由器会允许这种直接通信。
绕过云服务器：
一旦直接连接建立成功，客户端和服务端就可以绕过云服务器，直接进行数据传输。
这种方式不仅减少了云服务器的负载，还提高了数据传输的效率。
1.实现P2P通信
直接数据传输：通过共享客户端的IP和端口号，其他客户端可以直接与新连接的客户端建立通信连接。这样，数据（如视频流）就可以直接在客户端之间传输，而无需经过服务器中转。这大大减轻了服务器的负载，因为服务器不需要处理所有客户端之间的数据传输。
减少服务器带宽消耗：服务器只需要在初始连接阶段协助建立P2P连接，之后的数据传输主要由客户端之间完成。这可以显著减少服务器的带宽消耗，特别是在有大量用户同时观看直播时。
2.提高系统可扩展性
支持更多用户：随着观看人数的增加，P2P模式可以更高效地扩展。每个新客户端可以与其他多个客户端建立连接，形成一个分布式的网络。这样，系统的整体带宽和处理能力可以随着用户数量的增加而自然扩展，而不是依赖于服务器的性能。
动态负载均衡：客户端之间的数据传输可以动态地分担负载。如果某个客户端的网络条件较好，它可以承担更多的数据传输任务，从而实现负载均衡。
3.降低延迟
减少中转环节：数据直接在客户端之间传输，减少了经过服务器的中转环节。这可以降低数据传输的延迟，使直播更加流畅和实时。
优化网络路径：客户端之间可以根据网络条件选择最优的传输路径。例如，地理位置较近的客户端可以直接交换数据，而无需通过远距离的服务器中转，从而进一步降低延迟。
4.增强容错性
多路径传输：如果某个客户端与服务器的连接中断，客户端之间仍然可以通过其他P2P连接继续传输数据。这种多路径传输机制提高了系统的容错性和可靠性。
减少单点故障：服务器不再是数据传输的唯一瓶颈。即使服务器出现部分故障或网络问题，客户端之间的P2P连接仍然可以维持直播的进行。
5.提高用户体验
更流畅的观看体验：由于数据传输延迟的降低和带宽的有效利用，用户可以享受更流畅、更高质量的直播观看体验。
自适应网络条件：客户端可以根据自身的网络条件动态调整数据传输策略。例如，网络条件较差的客户端可以从多个其他客户端获取数据，以确保数据的完整性和连续性。
6.工作流程示例
客户端A连接到服务器：客户端A首次连接到直播服务器，服务器记录下客户端A的IP和端口号。
客户端B连接到服务器：客户端B也连接到服务器，服务器记录下客户端B的IP和端口号。
信息交换：服务器将客户端A的IP和端口号发送给客户端B，同时将客户端B的IP和端口号发送给客户端A。
建立P2P连接：客户端A和客户端B根据收到的IP和端口号信息，尝试建立直接的P2P连接。
数据传输：一旦P2P连接建立成功，客户端A和客户端B可以直接交换数据（如视频流），而无需通过服务器中转。
7.交换机
一个局域网内，一个主机给另一个主机发送消息，局域网所有的主机都能收到，会在mac帧进行检测，不会发送本主机就丢弃。在局域网内发送数据有几率出现数据碰撞，引入了交换机就可以降低碰撞概率，主机A给主机E发送数据，其它所有的主机都能收到，交换机就会记录主机A在交换机左侧，随着发送越来愈多，就会记录局域网内所有主机的相对位置，当主机C发送消息给主机E时，交换机就不会把数据发送到左侧，而是在右侧发送，因为记录了E的位置是在交换机的右侧。
