Beej 網絡編程指南第 06 篇：IP 地址轉換、私有網絡與 NAT 穿透基礎

4. IP 地址進階：字串與二進制互轉

現代 API：inet_pton / inet_ntop (支援 IPv4 & IPv6)

舊式 inet_addr、inet_ntoa 僅支援 IPv4，**棄用**。

// IPv4
struct sockaddr_in sa;
inet_pton(AF_INET, "192.0.2.1", &(sa.sin_addr));

// IPv6
struct sockaddr_in6 sa6;
inet_pton(AF_INET6, "2001:db8:63b3:1::3490", &(sa6.sin6_addr));

錯誤檢查必不可少：

• 返回 1：成功
• 返回 0：輸入非合法地址格式
• 返回 -1：系統錯誤（查 errno）

反向轉換：二進制 → 字串

char ip4[INET_ADDRSTRLEN];   // 16 字節足夠 "255.255.255.255"
char ip6[INET6_ADDRSTRLEN];  // 46 字節足夠 IPv6 全寫

inet_ntop(AF_INET,  &(sa.sin_addr),  ip4, sizeof(ip4));
inet_ntop(AF_INET6, &(sa6.sin6_addr), ip6, sizeof(ip6));

4.1 私有網絡與 NAT

為什麼需要私有地址？

IPv4 地址枯竭。RFC 1918 保留三塊私有地址塊，僅用於內網，公網路由器**不轉發**：

NAT (Network Address Translation) 如何工作？

1. 內網主機用私有 IP（如 192.168.1.5）發起連線。
2. 邊界 NAT 設備（家用路由器）將來源 IP 替換為公網 IP，記錄映射（私有 IP:Port ↔ 公網 IP:Port）。
3. 回包到達公網 IP，NAT 查表還原私有 IP，轉發給內網主機。

對應用層開發者：**完全透明**，無需感知 NAT 存在。只需綁定 0.0.0.0 或具體私有 IP，系統協議棧自動處理。

關鍵提醒

• inet_pton/ntop 僅處理**數字 IP**，域名解析請用 getaddrinfo()。
• 私有網絡地址在公網**不可路由**，兩個不同內網可同時使用 192.168.1.0/24 而不衝突。
• IPv6 設計初衷即解決地址枯竭，理論上每設備可獲全球唯一公網地址，NAT 在 IPv6 中非必需（但仍有 NPTv6 等機制）。

掌握地址轉換 API 與私有網絡/NAT 基礎，是編寫健壯跨平台網絡程式的必修課。