NAT概念介绍

NAT英文全称是“Network Address Translon”，中文意思是“网络地址转换”，它是一个IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程任务组)标准，允许一个整体机构以一个公用IP（Internet Protocol）地址出现在Internet上。顾名思义，它是一种把内部私有网络地址（IP地址）翻译成合法网络IP地址的技术。如图

    简单的说，NAT就是在局域网内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在网关（可以理解为出口，打个比方就像院子的门一样）处，将内部地址替换成公用地址，从而在外部公网（internet）上正常使用，NAT可以使多台计算机共享Internet连接，这一功能很好地解决了公共IP地址紧缺的问题。通过这种方法，您可以只申请一个合法IP地址，就把整个局域网中的计算机接入Internet中。这时，NAT屏蔽了内部网络，所有内部网计算机对于公共网络来说是不可见的，而内部网计算机用户通常不会意识到NAT的存在。如图2所示。这里提到的内部地址，是指在内部网络中分配给节点的私有IP地址，这个地址只能在内部网络中使用，不能被路由（一种网络技术，可以实现不同路径转发）。虽然内部地址可以随机挑选，但是通常使用的是下面的地址：10.0.0.0~10.255.255.255，172.16.0.0~172.16.255.255，192.168.0.0~192.168.255.255。NAT将这些无法在互联网上使用的保留IP地址翻译成可以在互联网上使用的合法IP地址。而全局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC（网络信息中心）或者ISP(网络服务提供商)分配的地址，对外代表一个或多个内部局部地址，是全球统一的可寻址的地址。

    NAT功能通常被集成到、、ISDN路由器或者单独的NAT设备中。比如Cisco路由器中已经加入这一功能，网络管理员只需在路由器的IOS中设置NAT功能，就可以实现对内部网络的屏蔽。再比如防火墙将WEB Server的内部地址192.168.1.1映射为外部地址202.96.23.11，外部访问202.96.23.11地址实际上就是访问访问192.168.1.1。另外资金有限的小型企业来说，现在通过软件也可以实现这一功能。Windows 98 SE、Windows 2000 都包含了这一功能。

    NAT技术类型
    NAT有三种类型：静态NAT(Static NAT)、动态地址NAT(Pooled NAT)、网络地址端口转换NAPT（Port－Level NAT）。
    其中静态NAT设置起来最为简单和最容易实现的一种，内部网络中的每个主机都被永久映射成外部网络中的某个合法的地址。而动态地址NAT则是在外部网络中定义了一系列的合法地址，采用动态分配的方法映射到内部网络。NAPT则是把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。根据不同的需要，三种NAT方案各有利弊。
    动态地址NAT只是转换IP地址，它为每一个内部的IP地址分配一个临时的外部IP地址，主要应用于拨号，对于频繁的远程联接也可以采用动态NAT。当远程用户联接上之后，动态地址NAT就会分配给他一个IP地址，用户断开时，这个IP地址就会被释放而留待以后使用。
    网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）是人们比较熟悉的一种转换方式。NAPT普遍应用于接入设备中，它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。NAPT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的TCP端口号。
    在Internet中使用NAPT时，所有不同的信息流看起来好像来源于同一个IP地址。这个优点在小型办公室内非常实用，通过从ISP处申请的一个IP地址，将多个连接通过NAPT接入Internet。实际上，许多SOHO远程访问设备支持基于PPP的动态IP地址。这样，ISP甚至不需要支持NAPT，就可以做到多个内部IP地址共用一个外部IP地址上Internet，虽然这样会导致信道的一定拥塞，但考虑到节省的ISP上网费用和易管理的特点，用NAPT还是很值得的。

 

3,NAPT映射条目:记录上面所说的转化IP地址和端口的条目.
NAPT映射表:NAPT映射条目的集合.
4,NAPT带来的后果:路由器只能根据动态建立的NAPT表来转发来自外网的数据包,外网不能主动建立到内网的连接.虚拟服务器和UPNP等转发设置就是为了解决这个问题而产生的,人为(虚拟服务器)或者通过软件(UPNP组件)打开一条到内网的通道.

 

    NAT技术的基本功能就是,用1个或几个IP地址来实现1个私有网中的所有主机和公共网中主机的IP通信.NAT技术可为TCP,UDP以及ICMP数据包提供透明转发.
1,NAT工作原理
NAT的基本工作原理是,当私有网主机和公共网主机通信的IP包经过NAT网关时,将IP包中的源IP或目的IP在私有IP和NAT的公共IP之间进行转换.
NAT网关有2个网络端口,其中公共网络端口的IP地址是统一分配的公共IP,为202.204.65.2;私有网络端口的IP地址是保留地址,为192.168.1.1.私有网中的主机192.168.1.2向公共网中的主机166.111.80.200发送了1个IP包(Des=166.111.80.200,Src=192.168.1.2).当IP包经过NAT网关时,NAT会将IP包的源IP转换为NAT的公共IP并转发到公共网,此时IP包(Des=166.111.80.200,Src=202.204.65.2)中已经不含任何私有网IP的信息.由于IP包的源IP已经被转换成NAT的公共IP,响应的IP包(Des=202.204.65.2,Src=166.111.80.200)将被发送到NAT.这时,NAT会将IP包的目的IP转换成私有网中主机的IP,然后将IP包(Des=192.168.1.2,Src=166.111.80.200)转发到私有网.对于通信双方而言,这种地址的转换过程是完全透明的.
2, NAPT技术
由于NAT实现是私有IP和NAT的公共IP之间的转换,那么,私有网中同时与公共网进行通信的主机数量就受到NAT的公共IP地址数量的限制.为了克服这种限制,NAT被进一步扩展到在进行IP地址转换的同时进行Port的转换,这就是网络地址端口转换NAPT(Network Address Port Translation)技术.
NAPT与NAT的区别在于,NAPT不仅转换IP包中的IP地址,还对IP包中TCP和UDP的Port进行转换.这使得多台私有网主机利用1个NAT公共IP就可以同时和公共网进行通信.
如，私有网主机192.168.1.2要访问公共网中的Http服务器166.111.80.200.首先,要建立TCP连接,假设分配的TCP Port是1010,发送了1个IP包(Des=166.111.80.200:80,Src=192.168.1.2:1010),当IP包经过NAT网关时,NAT会将IP包的源IP转换为NAT的公共IP,同时将源Port转换为NAT动态分配的1个Port.然后,转发到公共网,此时IP包(Des=166.111.80.200:80,Src=202.204.65.2:2010)已经不含任何私有网IP和Port的信息.由于IP包的源IP和Port已经被转换成NAT的公共IP和Port,响应的IP包(Des=202.204.65.2:2010,Src=166.111.80.200:80)将被发送到NAT.这时NAT会将IP包的目的IP转换成私有网主机的IP,同时将目的Port转换为私有网主机的Port,然后将IP包(Des=192.168.1.2:1010,Src=166.111.80.200:80)转发到私网.对于通信双方而言,这种IP地址和Port的转换是完全透明的.

3,NAPT映射条目:记录上面所说的转化IP地址和端口的条目.
NAPT映射表:NAPT映射条目的集合.
4,NAPT带来的后果:路由器只能根据动态建立的NAPT表来转发来自外网的数据包,外网不能主动建立到内网的连接.虚拟服务器和UPNP等转发设置就是为了解决这个问题而产生的,人为(虚拟服务器)或者通过软件(UPNP组件)打开一条到内网的通道.