网络地址转换NAT详解指南

小乔

NAT简介
定义
网络地址转换NAT（Network Address Translation）是将IP数据报文头中的IP地址转换为另一个IP地址的过程。

目的
随着Internet的发展和网络应用的增多，IPv4地址枯竭已成为制约网络发展的瓶颈。尽管IPv6可以从根本上解决IPv4地址空间不足问题，但目前众多网络设备和网络应用大多是基于IPv4的，因此在IPv6广泛应用之前，一些过渡技术（如CIDR、私网地址等）的使用是解决这个问题最主要的技术手段。NAT主要用于实现内部网络（简称内网，使用私有IP地址）访问外部网络（简称外网，使用公有IP地址）的功能。当内网的主机要访问外网时，通过NAT技术可以将其私网地址转换为公网地址，可以实现多个私网用户共用一个公网地址来访问外部网络，这样既可保证网络互通，又节省了公网地址。私网地址的类型和分类请参见IPv4地址。

受益
作为减缓IP地址枯竭的一种过渡方案，NAT通过地址重用的方法来满足IP地址的需要，可以在一定程度上缓解IP地址空间枯竭的压力。NAT除了解决IP地址短缺的问题，还带来了两个好处：
有效避免来自外网的攻击，可以很大程度上提高网络安全性。
控制内网主机访问外网，同时也可以控制外网主机访问内网，解决了内网和外网不能互通的问题。

NAT概述

NAT是将IP数据报文头中的IP地址转换为另一个IP地址的过程，主要用于实现内部网络（私有IP地址）访问外部网络（公有IP地址）的功能。Basic NAT是实现一对一的IP地址转换，而NAPT可以实现多个私有IP地址映射到同一个公有IP地址上。

Basic NAT

Basic NAT方式属于一对一的地址转换，在这种方式下只转换IP地址，而不处理TCP/UDP协议的端口号，一个公网IP地址不能同时被多个私网用户使用。

图5-1  Basic NAT示意图

                               
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图5-1描述了Basic NAT的基本原理，实现过程如下：

• Router收到内网侧Host发送的访问公网侧Server的报文，其源IP地址为10.1.1.100。
• Router从地址池中选取一个空闲的公网IP地址，建立与内网侧报文源IP地址间的NAT转换表项（正反向），并依据查找正向NAT表项的结果将报文转换后向公网侧发送，其源IP地址是1.1.1.1，目的IP地址是2.2.2.2。
• Router收到公网侧的回应报文后，根据其目的IP地址查找反向NAT表项，并依据查表结果将报文转换后向私网侧发送，其源IP地址是2.2.2.2，目的IP地址是10.1.1.100。
  
  

                               
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说明：

由于Basic NAT这种一对一的转换方式并未实现公网地址的复用，不能有效解决IP地址短缺的问题，因此在实际应用中并不常用。

NAT设备拥有的公有IP地址数目要远少于内部网络的主机数目，这是因为所有内部主机并不会同时访问外部网络。公有IP地址数目的确定，应根据网络高峰期可能访问外部网络的内部主机数目的统计值来确定。

NAPT

除了一对一的NAT转换方式外，网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）可以实现并发的地址转换。它允许多个内部地址映射到同一个公有地址上，因此也可以称为“多对一地址转换”或地址复用。

NAPT方式属于多对一的地址转换，它通过使用“IP地址＋端口号”的形式进行转换，使多个私网用户可共用一个公网IP地址访问外网。

图5-2  NAPT示意图

                               
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图5-2描述了NAPT的基本原理，实现过程如下：

• Router收到内网侧Host发送的访问公网侧Server的报文。比如收到Host A报文的源地址是10.1.1.100，端口号1025。
• Router从地址池中选取一对空闲的“公网IP地址＋端口号”，建立与内网侧报文“源IP地址＋源端口号”间的NAPT转换表项（正反向），并依据查找正向NAPT表项的结果将报文转换后向公网侧发送。比如Host A的报文经Router转换后的报文源地址为1.1.1.1，端口号16384。
• Router收到公网侧的回应报文后，根据其“目的IP地址＋目的端口号”查找反向NAPT表项，并依据查表结果将报文转换后向私网侧发送。比如Server回应Host A的报文经Router转换后，目的地址为10.1.1.100，端口号1025。
  
  
  
  

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wuyuchen

涂丁

好好学习天天向上

Shift7

制作不易，感谢分享

bighuang

感谢楼主分享

zd362683219

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littlefish5230

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M9511

学习学习

mapleleafs

学习一下，多谢。

wwyh2391

下载了学习一下

JHONIEDELL

thank you!

dzihao

学习，谢谢

hugo_26

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