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今天我想和大家分享一下NAT。首先。你知道我们是怎么上网的吗？
在大多数网络环境中。我们都需要通过 NAT 来访问 Internet。
NAT 是网络地址转换。这是一种协议。它为公共网络上的多台计算机提供了一种共享单个 Internet 连接的方法。
在详细了解 NAT 之前。让我们先谈谈什么是公共地址和私有地址。
公共 IP 地址和私有 IP 地址
公网是指Internet。公网IP地址是指Internet上全局规划的IP地址。网段不能重叠。互联网上的路由器可以转发目的地址为公网地址的报文。
在IP地址空间中。A类。B类。C类的一些IP地址被保留为私有IP地址。私网IP地址不能在公网上使用。只能在内网使用。Internet 上的路由器没有到私有地址的路由。
保留A类。B类。C类私有地址的范围如下：
A类IP地址：10.0.0.0 – 10.255.255.255。B类IP地址：172.16.0.0 – 172.31.255.255。C类IP地址：192.168.0.0 – 192.168.255.255。
NAT类型
静态 NAT。动态 NAT。NAPT和Easy IP使用户可以从私网访问公网。
NAT服务器实现从公网到私网的访问。
静态 NAT
在连接私网和公网的路由器上配置静态 NAT。每个私网地址都有一个固定的公网地址。即私网地址和公网地址是一一对应的。这种NAT不保存公网IP地址。
静态 NAT 支持双向通信：
如上图所示。ISP为企业分配了三个公网地址12.xx1。12.xx2。12.xx3。
可以在企业的边界路由器上配置静态NAT。将PC1的私网地址192.168.1.2映射到公网地址12.xx2。将PC2的私网地址192.168.1.3映射到公网地址12.xx3。然后在路由器上生成静态地址映射表。
PC1 和 PC2 访问 Internet 上的 Web 服务器。当数据包经过路由器时。PC1和PC2的私网IP地址被对应的公网IP地址替换。当从Web Server返回数据包时。数据包也是同样的。数据先发给路由器。然后路由器查找静态地址映射表。将公有地址转换为私有地址。最后发送将数据发送到与私有地址对应的终端设备。
PC3 无法访问 Internet。因为 PC3 上没有配置静态 NAT。
请注意。静态 NAT 以一对一的方式将私有地址映射到公共地址。因此。即使内网主机长时间离线或不发送数据。对应的公网地址仍然在使用。因此。静态 NAT 不保存 IP 地址。
动态 NAT
为避免地址浪费。动态 NAT 提出了地址池。地址池中所有可用的公共地址。
配置动态NAT后。企业的边缘路由器根据可用的公网IP地址生成一个公网IP地址池。企业PC上网时。数据包经过路由器。路由器将PC的私网IP地址替换为空闲的公网IP地址。然后访问Internet。
但是PC1。PC2。PC3上网后。公司的公网IP地址池没有空闲的公网IP地址。在这种情况下。PC4 无法访问 Internet。
使用动态NAT后。公网地址和私网地址仍然是一一对应的。无法提高公网地址的利用率。
请注意。公共地址和私有地址之间的一对一映射是临时建立的。PC通过路由器翻译出来的公网IP地址是公网地址池中一个暂时空闲的公网IP地址。因此。动态NAT只支持单向访问。只能从内网访问公网。
NAPT
从地址池中选择地址时。网络地址和端口转换 (NAPT) 不仅会转换 IP 地址。还会转换端口号。这样就实现了公有地址和私有地址的一对多映射。有效地提高了公有地址的利用率。
如上图所示。开启NAPT后。路由器会生成动态地址和端口映射表。边缘路由器的公网IP地址池只有两个公网IP地址。PC1访问Internet上的Web服务器时。数据包携带源端口。目的端口。源地址和目的地址参数到路由器。然后。路由器进行公共地址转换和源端口转换。另外。转换后的端口号和公网IP地址都记录在动态地址和端口映射表中。最后。PC1 访问 Internet。
当WEB Server返回数据时。数据包也携带这些参数到路由器。然后。路由器查询动态地址和端口映射表。将数据包发送给PC1。
NAPT翻译传输层端口号。区分内网终端。使多个私网IP地址共享一个公网IP地址。从而节省IP地址。
Easy IP
Easy IP的实现原理与NAPT相同。它同时转换 IP 地址和传输层端口。不同的是Easy IP没有地址池的概念。而是将接口地址作为公网IP地址进行NAT。
Easy IP适用于没有固定公网IP地址的场景。例如通过DHCP或PPPoE拨号获取IP地址的网络出口。获取的动态IP地址可直接用于转换。
NAT服务器
NAT 服务器是指端口映射。
当私网服务器需要为公网提供服务时。需要在路由器上配置NAT服务器。并指定【公网IP地址：端口】与【私网IP地址：端口】一一对应] 将内网服务器映射到公网。公网主机通过【公网IP地址：端口】访问内网服务器。
如上图所示。企业内网的Web Server需要被Internet上的计算机访问。为此。您需要在企业的边缘路由器上配置 NAT 服务器。
将 Web 服务器的 IP 地址和服务端口号 ( 192.168.0.2:80 ) 映射到边缘路由器的公共 IP 地址和端口号 ( 12.xx8:43333 )。当 Internet 上的计算机访问内网的 Web 服务时。数据包的目的 IP 地址和端口号就是映射到 NAT 服务器上的 IP 地址和端口号（ 12.xx8:43333 ）。企业边缘路由器收到报文后。查找NAT映射表。将目的IP地址和端口号翻译成Web Server的IP地址和端口号（192.168.0.2:80）。这样就可以通过公网访问私有网络上的服务。
NAT的优缺点
NAT优势
1。企业内网使用私网IP地址。减少了公网IP地址的占用。NAT 一般应用于边界路由器。例如连接到 Internet 的路由器。
通过NAPT技术。企业可以使用公网IP地址从私网访问Internet。节省公网IP地址。
如果不同的企业或学校不需要相互通信。它们的私有地址可以重叠。
如果不同学校或企业的内网通过VPN或专线相互通信。不同学校或企业使用的私网地址不能重叠。
2。更换ISP后。内网地址无需更改。增强了上网的灵活性。
3。私网不能直接在Internet上访问。增强了内网的安全性。
NAT 缺点
1。在路由器上进行NAT或NAPT时。需要修改数据包的网络层和传输层。需要保留端口和地址转换的映射关系并记录在路由器中。路由数据包会造成较大的交换延迟。消耗路由器上的大量资源。
2。使用私有IP地址访问Internet。源 IP 地址被替换为公共 IP 地址。如果某学校的学生在论坛上发帖。论坛只能记录发布者的公网IP地址。无法追踪到内网IP地址。即无法进行端到端的IP追踪。IP追踪。
3。公网不能访问私网。要访问私有网络。您需要执行端口映射。
4。某些应用程序无法在 NAT 网络上运行。例如。IPSec 不允许修改中间数据包。