第 3 课：申请公网 IP

实验环境：光猫+Ubuntu 服务器

（一）家庭网络结构

1. 网络结构

默认家庭网络结构（拨号在路由器）：

[公网互联网]
      ↓
   [光猫（Modem）] ——> 拨号权限交给
      ↓                路由器
   [家庭路由器（PPPoE拨号）]
      ↓
[家庭局域网内设备：电脑、手机、服务器等]

在这个结构中，由路由器进行拨号（PPPoE），拿到公网或私网 IP，内部设备通过 NAT 上网。

而在本文中我们要实现的结构是：

[公网互联网]
      ↓
   [光猫（可能是桥接模式）]
      ↓
[Ubuntu 服务器（自己拨号上网）]

此时，你的服务器自己拨号，不依赖路由器。这种结构适合需要让服务器直接暴露在公网、拥有公网 IP的场景，但其他设备将无法通过这台服务器共享网络。

2. 上网方式

上网方式	特点
PPPoE 拨号	需要账号密码，获取公网/内网 IP，最常见
DHCP（动态主机配置协议）	不需要账号密码，插上就用（校园/公司/租房）
静态 IP 分配	ISP 固定给你一个公网 IP，企业专线、静态公网
4G/5G蜂窝网络	运营商通过基站分配 IP，适合移动路由器
桥接+服务器拨号	专业配置，适合公网部署服务器 ✅

网络业务提供商(Internet Service Provider，简称ISP) 指比如：移动、电信、联通

这里我们要重点介绍：拨号上网（PPPoE）

PPPoE = Point-to-Point Protocol over Ethernet（以太网点对点协议）

它本质上是用宽带账号+密码登录 ISP 网络，以建立正式的“会话”，之后你才可以分配 IP（公网/内网）并访问互联网。

拨号动作由谁执行？

拨号者	场景
光猫拨号	企业/校园/一些老旧场景
路由器拨号	家庭主流配置 ✅
服务器拨号	进阶用户/特殊用途（公网服务器）✅

为什么需要账号密码？

宽带账号 = 身份凭证（比如手机号+@isp）
ISP 使用这个来验证你是否是合法用户；
相当于上网“登录”步骤；
也用于计费、限速、流控等。

拨号后是否一定有公网 IP？

❌ **不一定！**拨号后获得的 IP 可以是：

类型	是否公网
100.x.x.x（CGNAT）	❌ 内网
192.168.x.x / 10.x.x.x	❌ 内网
115.xxx.xxx.xxx / 121.xxx.xxx.xxx 等	✅ 真正公网 IP

我们最终要实现的架构是：外网 → 光猫桥接口 → Ubuntu 拨号获得公网 IP

（二）检测是否有公网地址

要检测你的家庭服务器是否拥有公网 IP（也叫“外网 IP”）

1. 查看本机的 IP 地址：

首先要查看本机是否直接具有公网IP 地址

Windows：运行 ipconfig
Linux/MacOS：运行 ip a 或 ifconfig

如果你看到的 IP 是以下格式，说明是现在是家庭路由器 NAT 分发的 内网 IP，不是公网IP：

192.168.x.x
10.x.x.x
172.16.x.x ~ 172.31.x.x

说明你的服务器在 NAT 后的内网中，由路由器统一管理公网出口。

2. 查看家庭的 IP 地址

即使本机IP 地址可能是路由器分发的私网IP，路由器的出口本身也可能具有公网 IP。

这个网址测试是否具有 IPv6：IPv6 测试

这个网址测试详细的 IPv4 信息：IPCheck.ing

可以让朋友或你自己用另一台设备（如手机关闭 WiFi 用 4G 网络）尝试访问你的服务器端口（例如通过公网 IP:端口号访问 Web 服务）：

curl http://你的公网IP:端口

若可以访问，说明：

你有公网 IP；
该端口没有被封锁；
路由器已正确端口映射。

但是常见的情况是你的路由器其实也没有公网 IP

很多家庭网络使用运营商 NAT（CGNAT），你即使获取到了一个公网 IP，也无法真正用于端口映射，因为该公网 IP是运营商层的，并非你真正“拥有”的。

3. 例子

在线IP 测试网站反馈的路由器出口IP是：

你的公网 IPv4 地址是 115.234.230.5
你的运营商（ISP）是 CHINANET-BACKBONE No.31,Jin-rong Street
没有检测到 IPv6 地址 [更多信息]
你只接入了 IPv4 互联网，不能访问纯 IPv6 网站。
可向运营商咨询如何使用 IPv6，实现最佳的网络性能。 [更多信息]
你的 DNS 服务器（可能由运营商提供）已经接入 IPv6 互联网了。

而本机上显示的IP地址为：

以太网适配器 vEthernet (Default Switch):

   连接特定的 DNS 后缀 . . . . . . . :
   本地链接 IPv6 地址. . . . . . . . : fe80::7b22:b022:c1e1:625c%31
   IPv4 地址 . . . . . . . . . . . . : 172.19.160.1
   子网掩码  . . . . . . . . . . . . : 255.255.240.0
   默认网关. . . . . . . . . . . . . :

说明如下：你没有公网 IPv4

你看到的本地 IP 地址是：172.19.160.1，而你的公网 IP 是 115.234.230.5，说明：

你当前的服务器或电脑并没有被分配真实公网 IPv4；
你处在 运营商 NAT 后的局域网中（172.16.x.x ~ 172.31.x.x 是典型的私有内网 IP 段）；
所谓的公网 IP（115.234.230.5）属于你宽带网关或运营商 NAT 网关，并非直接分配给你的设备；
你无法直接通过该公网 IP + 端口访问你的家庭服务器，即使你做了端口映射，极可能是失败的。

（三）申请公网IP

那么现在我们需要运营商给我们分配一个 非 NAT 的公网IP。

现在我们有两个选择：

申请动态公网 IPv4 （静态固定的公网 IPv4 需要运营商拉专线到家里，2000￥/月，多用于公司）
申请动态或者固定的公网 IPv6（IPv6 的资源非常丰富，申请动态或者固定理论上都可行）

我的运营商是电信，在和客服沟通后，他同意给我开通 动态公网 IPv4，没有同意开通 固定的公网 IPv6

我的家里使用的是华为的 FTTR 路由（Fiber To The Room，中文叫做 “光纤到房间”）。也就是把光纤接到家里的 每一个房间。

因此有别于传统的 光猫+主路由器+子路由器 Mesh结构，这里使用的是 光猫+主路由器+子光猫/光路由器（AP） FTTR结构

因此只有一个路由器，也只有一个后台，登录IP和账号密码在主路由器的背面。

如果设计架构为：外部访问 → 光猫 → 路由器 → 服务器，那么后续还需要在路由器上设置拨号上网和端口转发等，比较麻烦。

因此我直接采取了：外部访问 → 光猫 → 服务器 的结构。

主路由器华为K153 是一个 “光猫 + 路由器 + WiFi” 三合一设备，官方名称是 “家庭网关”，默认 LAN 口模式 是通过 K153 的内置路由器（自动拨号 + 分配内网 IP）。

因此需要拨打电信服务电话 10000，联系工程师上门把 K153 这个设备中某个 LAN 接口的网络模式，改成“桥接模式（Bridge），并询问宽带的账号和密码。等于直接从光猫 “拉出” 原始宽带信号，让连接到这个口的设备（Ubuntu 服务器）去自己拨号。

然后把 Ubuntu 服务器直接连接该接口，也就是没有经过路由器直接连接光猫，因此需要在 Ubuntu 上手动拨号上网。

（四）拨号上网

我们已经把光猫的某个端口设置为了桥接，并通过网线连接到 Ubuntu；

如果你让路由器的某个端口设置为“拨号上网口”，那么这就意味着：

Ubuntu 连接到这个口后，要自己拨号，否则是无法上网的；
相当于你的 Ubuntu 是一个“拨号主机”，而不是从 DHCP 获取地址。

步骤 1：查看网络接口

在 Ubuntu 中运行：

ip link show

查找类似 enp0s25 或 eth0 的接口，它是你的 有线网卡

例如可能显示：

2: enp0s25: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 28:d2:44:12:34:56 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

如果状态是 DOWN，说明网卡没启用，可以运行：

sudo ip link set enp0s25 up

步骤 2：发起拨号上网

安装拨号工具：（PPPoE）

sudo apt update
sudo apt install pppoeconf

然后运行拨号配置：

sudo pppoeconf

这将自动检测以太网口是否连接到了一个支持 PPPoE 的端口，然后引导你输入：

用户名（ISP 提供）
密码（ISP 提供）
剩余选项默认同意即可

配置完成后，你可以运行：

sudo pon dsl-provider

断开拨号：

sudo poff dsl-provider

设置开机自动拨号（推荐）

sudo systemctl enable pppd-dsl.service

检查是否拨号成功并获取公网 IP：

ip addr

如果看到像 ppp0 这样的接口，并且有一个公网 IP 地址，比如 115.xxx.xxx.xxx，说明拨号成功了。

输出详细说明：

接口 1: `lo` 回环接口

1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

这是系统默认的本地通信接口：

IP 地址：127.0.0.1（IPv4）、::1（IPv6）
作用：用于程序与自己通信，如 localhost，无任何联网意义
无需改动或关注

接口 2: `enp0s25`（有线网卡）

2: enp0s25: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether 28:d2:44:b2:54:85 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.79/24 brd 192.168.0.255 scope global dynamic noprefixroute enp0s25
       valid_lft 185752sec preferred_lft 185752sec
    inet6 fe80::2c71:28be:21b0:8f98/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

这是你服务器的 以太网口，当前状态：

IP：192.168.0.79 是局域网内地址，由路由器通过 DHCP 分配；
你现在连接在路由器上（非拨号接口）；
MAC 地址为 28:d2:44:b2:54:85；
UP, LOWER_UP 表示网卡已启用，连接正常；
如果你将此网口接到了光猫路由器 K153 的 LAN 口，说明此接口可访问内网中其他设备。

💡 注意：你可以保留这个接口用于内网访问服务器，比如在本地管理时不依赖公网。

接口 3: `wlp3s0`（无线网卡）

3: wlp3s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc noqueue state UP group default qlen 1000
    link/ether e8:2a:ea:ee:7e:5b brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.0.74/24 brd 192.168.0.255 scope global dynamic noprefixroute wlp3s0
       valid_lft 190591sec preferred_lft 190591sec
    inet6 fe80::e435:57b2:4728:7069/64 scope link noprefixroute
       valid_lft forever preferred_lft forever

这是你的 无线网卡接口（Wi-Fi），当前状态：

IP：192.168.0.74，同样是局域网 IP；
表明你当前也连着家中 Wi-Fi；
MAC 地址：e8:2a:ea:ee:7e:5b；
和有线网卡作用重复；

📌 建议：可以禁用此接口，避免多个默认网关冲突。方法如下：

nmcli device disconnect wlp3s0

接口 4: `ppp0`（拨号接口）

16: ppp0: <POINTOPOINT,MULTICAST,NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 1492 qdisc fq_codel state UNKNOWN group default qlen 3
    link/ppp
    inet 115.234.251.61 peer 115.234.192.1/32 scope global ppp0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 240e:392:3144:48c:a54b:fa11:e90a:e2c8/64 scope global temporary dynamic
       valid_lft 537381sec preferred_lft 18711sec
    inet6 240e:392:3144:48c:999:eeb4:fcbf:d6b1/64 scope global dynamic mngtmpaddr
       valid_lft 2591784sec preferred_lft 604584sec
    inet6 fe80::999:eeb4:fcbf:d6b1 peer fe80::d6c1:c8ff:fe93:8d30/128 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

这是你最关键的 拨号接口（PPP over Ethernet），说明拨号成功！

IPv4 公网地址：115.234.251.61（你在公网可访问的 IP）
对端（ISP网关）IP：115.234.192.1
状态：UP, LOWER_UP，表示连接正常、链路工作中

inet6 240e:392:3144:48c:a54b:fa11:e90a:e2c8/64 scope global temporary dynamic
inet6 240e:392:3144:48c:999:eeb4:fcbf:d6b1/64 scope global dynamic

你拥有两个全局 IPv6 地址：

一个是 “临时 IPv6”（用于隐私保护，系统自动变化）；
一个是 “真实 IPv6”（长时间存在）；
说明你的运营商（中国电信）也为你开启了原生 IPv6。

inet6 fe80::999:eeb4:fcbf:d6b1 peer fe80::d6c1:c8ff:fe93:8d30/128

这是拨号链路上的 IPv6 本地地址（fe80:: 开头），用于与你 ISP 的 PPPoE 网关对接通信，不用关心。

最终网络结构

                     公网
                      │
               ┌──────┴───────┐
               │ 115.234.251.61 │  ⇦ ppp0 拨号公网 IP
               └───────────────┘
                      │
                 [Ubuntu服务器]
                  ↙        ↘
     内网IP 192.168.0.79    内网IP 192.168.0.74
         enp0s25（网线）     wlp3s0（Wi-Fi）
         ⇩                      ⇩
  光猫LAN口 (K153, 路由器功能启用)

（五）域名动态解析

当前获得的 IPv4：115.234.251.61 是动态公网 IP，意味着每 48h 或者 72h， ISP 会主动断开拨号连接并分配一个新的 IPv4。因此要使用 DDNS（动态域名服务）来给动态的 IP 绑定域名。

DDNS（Dynamic DNS）会自动将你的 当前公网 IP 与你的域名绑定，即使 IP 变化，也能立即更新域名解析，保证公网访问不受影响。比如当前域名 proxy.heihet09.com 指向 IP 115.234.251.61，在该IP更新后，DDNS 会让该域名会自动指向新的IP。因此只要使用该域名，就始终指向这台服务器，不需要再使用变化的 IP了。

原理：我们使用的是阿里云的域名和DNS云解析，而阿里的云解析记录可以通过账号秘钥API修改。因此只需要在服务器上部署一个客户端，每隔一段时间去检测一下本机的公网IP，如果更新了，就调用API 修改阿里云的云DNS解析策略，使域名指向新的 IP。

第 1 步：创建密钥

登录阿里云控制台
点击右上角头像，选择进入 AccessKey 管理：
创建一组 AccessKey
- 得到 AccessKey ID 和 AccessKey Secret
- 注意：只会显示一次，请复制保存

第 2 步：安装工具

你已经拥有：

阿里云域名 heihet09.com
子域名 proxy.heihet09.com
获取了阿里云 DNS 的 AccessKey（AccessKey ID + AccessKey Secret）
能通过 ip addr 获取拨号后的公网 IPv4 地址（例如 ppp0 网卡）

接下来我们在本机上安装 DDNS 工具 NewFuture/ddns，下载 Linux 二进制文件方式安装 DDNS

# 进入某个目录（比如 /opt）
cd /opt/DDNS

# 下载 glibc 版二进制（适用于 Ubuntu 20.04+）
curl -# -LO https://github.com/NewFuture/DDNS/releases/download/v4.0.2/ddns-glibc-linux_amd64

# 重命名并赋予可执行权限
mv ddns-glibc-linux_amd64 ddns
chmod +x ddns

你现在已有一个名为 ddns 的可执行文件。

第 3 步：配置域名绑定

在同一目录（或你想放的路径），创建 config.json 文件：

vim config.json

粘贴以下配置（替换成你的 AccessKey 和域名）：

{
  "dns": "alidns",
  "id": "你的AccessKeyID",
  "token": "你的AccessKeySecret",
  "ipv4": ["proxy.heihet09.com"],
  "index4": "public",
  "ttl": 600
}

注：index4 使用 "public" 代表从公网接口自动获取 IPv4 地址（你也可以设置 "cmd:curl -s ipinfo.io/ip"）

第 4 步：测试

在 /opt/DDNS 目录下直接运行：

./ddns -c config.json

如果一切配置正确，应该看到输出中包含：

2025-07-06T00:36:38 INFO [__main__]: proxy.heihet09.com(A) ==> 115.234.251.61 [via DIRECT]

你可以用 ping proxy.heihet09.com 检查是否已经指向当前公网 IP。

此时控制台也会同步更新这条解析记录

你可以使用以下命令验证解析是否成功：

nslookup proxy.heihet09.com

结果如果是你当前公网 IPv4（如 115.234.251.61），就是 ✅ 成功。

第 5 步：设置定时任务

确保你在 /opt/DDNS 目录下，然后运行：

curl -sSL https://raw.githubusercontent.com/NewFuture/DDNS/master/systemd.sh | bash

如果出现下面这种输出，则是被墙了

curl: (7) Failed to connect to raw.githubusercontent.com port 443 after 9 ms: Couldn't connect to server

需要手动下载脚本并执行，确保你在 /opt/DDNS 目录下，然后运行：

sudo bash systemd.sh install

脚本作用如下：

自动将 /opt/DDNS/ddns 复制到 /usr/share/DDNS/ddns
自动将 /opt/DDNS/config.json 复制到 /etc/DDNS/config.json
自动创建 /etc/systemd/system/ddns.service 和 ddns.timer
启用并启动定时器（每 5 分钟运行一次）

检查是否安装成功

sudo systemctl status ddns.timer

你应看到 Active: active (waiting) 字样。

立即测试一次更新是否生效

sudo systemctl start ddns.service

然后可通过 tail 查看是否有更新成功：

journalctl -u ddns.service -n 20 --no-pager

此后，你的 DDNS 将每 5 分钟自动运行并保持解析最新的公网 IP。

原来你执行的 ./ddns -c config.json 不会影响或失效。

你之前手动运行的是立即更新一次，定时任务是后台自动运行，两者不冲突。

danger

日志中可能会出现下面这个错误

7月 06 01:14:04 HeiheServer systemd[1]: Started ddns.service - NewFuture ddns.
7月 06 01:14:04 HeiheServer env[45557]: /usr/bin/env: "python": 没有那个文件或目录
7月 06 01:14:04 HeiheServer systemd[1]: ddns.service: Main process exited, code=exited, status=127/n/a
7月 06 01:14:04 HeiheServer systemd[1]: ddns.service: Failed with result 'exit-code'.

这说明 ddns.timer 定时器 是正常运行的，但是 systemd 调用的是「源码版本」的 ddns，即 python run.py，但你的系统 没有安装 python 命令。而我们现在使用的是 二进制版本的 ddns，无需 Python，因此应该修改 systemd 的 ddns.service 文件，让它直接执行 /usr/share/DDNS/ddns。详细步骤如下：

① 修改 `ddns.service` 文件

运行：

sudo vim /usr/lib/systemd/system/ddns.service

将其中这行：

ExecStart=/usr/bin/env python /usr/share/DDNS/ddns -c /etc/DDNS/config.json

改为：

ExecStart=/usr/share/DDNS/ddns -c /etc/DDNS/config.json

② 重新加载 systemd 配置并重启服务

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart ddns.service
sudo systemctl restart ddns.timer

③ 再次查看日志确认是否运行成功：

journalctl -u ddns.service -n 20 --no-pager

应该要有成功输出：

7月 06 01:48:26 HeiheServer ddns[62595]: 2025-07-06T01:48:26 INFO [__main__]: proxy.heihet09.com(A) ==> 115.234.251.61 [via DIRECT]

后续维护说明

配置文件路径：/etc/DDNS/config.json 修改它后，定时器会自动读取，无需手动干预。

观察服务状态

sudo systemctl status ddns.timer
sudo systemctl status ddns.service


● ddns.timer - NewFuture ddns timer
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/ddns.timer; enabled; preset: enabled)
     Active: active (waiting) since Sun 2025-07-06 01:48:29 CST; 11min ago
    Trigger: Sun 2025-07-06 02:04:41 CST; 4min 46s left
   Triggers: ● ddns.service

7月 06 01:48:29 HeiheServer systemd[1]: Stopped ddns.timer - NewFuture ddns timer.
7月 06 01:48:29 HeiheServer systemd[1]: Stopping ddns.timer - NewFuture ddns timer...
7月 06 01:48:29 HeiheServer systemd[1]: Started ddns.timer - NewFuture ddns timer.


○ ddns.service - NewFuture ddns
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/ddns.service; disabled; preset: enabled)
     Active: inactive (dead) since Sun 2025-07-06 01:59:43 CST; 16s ago
   Duration: 1.686s
TriggeredBy: ● ddns.timer
    Process: 63202 ExecStart=/usr/share/DDNS/ddns -c /etc/DDNS/config.json (code=exited, status=0/SUCCESS)
   Main PID: 63202 (code=exited, status=0/SUCCESS)
        CPU: 227ms

可手动运行一次测试：
```
sudo systemctl start ddns.service
```

停用定时器：

sudo systemctl disable --now ddns.timer

DDNS 已自动化运行，不建议再使用 crontab 方式，会冲突。
不要断开拨号连接，否则公网 IP 会改变，你要重新拨号获取。
现在使用这个域名已经完全等同于使用其IP，可以用其来 SSH、代理等。

（一）家庭网络结构​

1. 网络结构​

2. 上网方式​

（二）检测是否有公网地址​

1. 查看本机的 IP 地址：​

2. 查看家庭的 IP 地址​

3. 例子​

（三）申请公网IP​

（四）拨号上网​

步骤 1：查看网络接口​

步骤 2：发起拨号上网​

接口 1: lo 回环接口​

接口 2: enp0s25（有线网卡）​

接口 3: wlp3s0（无线网卡）​

接口 4: ppp0（拨号接口）​

最终网络结构​

（五）域名动态解析​

第 1 步：创建密钥​

第 2 步：安装工具​

第 3 步：配置域名绑定​

第 4 步：测试​

第 5 步：设置定时任务​

① 修改 ddns.service 文件​

② 重新加载 systemd 配置并重启服务​

③ 再次查看日志确认是否运行成功：​

后续维护说明​