NAT的种类总结

NAT，即网络地址转换，是指在一个网络内部，根据需要可以随意自定义的IP地址，而不需要经过申请。而当内部的计算机要与外部internet网络进行通讯时，NAT设备（比如：路由器）负责将其内部的IP地址转换为合法的IP地址并进行通信。


从功能上来说，NAT可以分为：传统NAT，双向NAT(Bi-Directional NAT)，两次NAT(Twice NAT)，多宿主NAT(MultihomedNAT)；从转换的类型上说，NAT可以分为：静态NAT，动态NAT，复用NAT，重叠NAT。


功能分类：

一  传统NAT


传统NAT又分为两大类对称NAT(Symmetric NAT) 和非对称NAT (Cone NAT)


1）非对称NAT(Cone NAT)


其下又细分为：


a) 全ConeNAT(Full ConeNAT)


打洞创建原则：向外部任意IP发送一个package，就形成了一个映射，即创建了一个洞。


接收数据原则：只要过来的数据是发送到打洞的PC，就可以顺利通过。


b) 限制性ConeNAT(Restricted Cone NAT)


打洞创建原则：向外部某个IP发送一个package，就形成了与此IP的一个映射。


接收数据原则：满足两个条件：1，此数据来自此IP；2，此数据要发送到打洞的PC。


c) 端口限制性 ConeNAT(PortRestricted Cone NAT)


打洞创建原则：向外部某个IP的某个Port发送一个package，就形成了与此IP/Port对的一个映射。


接收数据原则：满足两个条件：1，此数据来自此IP的此Port；2，此数据要发送到打洞的PC。


2）对称NAT(Symmetric NAT)对称NAT是指把所有来自相同内部IP地址和端口号，到特定目的1P地址和端口号的请求映射到相同的外部TP地址和端口。如果同一主机使用不同的源地址和端口对，发送的目的地址不同，则使用不同的映射。只有收到了一个IP包的外部主机才能够向该内部主机发送回一个UDP包。对称的NAT不保证所有会话中的(私有地址，私有端口)和(公开IP，公开端口)之间绑定的一致性。相反，它为每个新的会话分配一个新的端口号。


假设同一个进程，与外网的两台机器，同时建立联系，ClientA的原来那个Socket(绑定了1234端口的那个UDP Socket)，现在又要向另外一个Server S2发送了一个UDP包，那么这个UDP包在通过NAT时会怎么样呢？



这时可能会有两种情况发生：
1）是NAT再次创建一个Session，并且再次为这个Session分配一个端口号（比如：62001）。
2）是NAT再次创建一个Session，但是不会新分配一个端口号，而是用原来分配的端口号62000。
前者NAT叫做Symmetric NAT，后者叫做Cone NAT。


传统P2P文件传输在NAT检测方面比较薄弱，没有一个系统全面地检测方法，其中对对称型NAT的检测几乎没有。因此P2P应用在对称NAT设备后就无用武之地了。


二   双向NAT


双向NAT是指即由内向外翻译，同时又将外部全局地址翻译为外部本地地址，但是每次翻译都只是翻译一侧地址，而不是两侧同事翻译。从而区别与两次NAT。


这里涉及到NAT的四个地址：

内部本地（IL，Inside Local）--分配给内部设备的地址，这些地址不会对外公布。

内部全局（IG，Inside Global）--通过这个地址，外部可以知道内部的设备。

外部全局（OG，Outside Golbal）--分配给外部设备的地址。这些地址不会向内部公布。

外部本地（OL，Outside Local）--通过这个地址，内部可以知道外部设备。


三   两次NAT（twicenat）


两次NAT是同时修改源和目的地址，相当于双向NAT的两个方向同时生效一样。这种应用一般在内部IP地址与外部IP地址冲突时使用。


四   多宿主NAT(MultihomedNAT)


　　使用NAT会带来很多问题(RFC2993)。比如，NAT设备要为经过它的会话维护状态信息，而一个会话的请求和响应必须通过同一NAT设备做路由，因此通常要求允许NAT末梢域边界路由器必须是惟一的，所有的IP包要么发起，要么终结在该域。但这种配置将NAT设备变成了可能的单点故障点。

　　为了让一个内部网络能够在某个NAT链路故障的情况下，也可以保持与外部网络的连通性，通常希望内部网络到相同或不同的ISP具有多条连接(多宿主的)，希望经过相同或不同的NAT设备。

又如，多个NAT设备或多条链路使用同一NAT，共享相同的NAT配置能够为相互之间提供故障备份。在这种情况下，有必要让备份NAT设备交换状态信息，以便当主NAT出现故障时，备份NAT能够担负起透明地保持会话的能力。


转换类型分类：


一    静态转换（Static NAT）



在路由器上手工配置私有IP地址和公网IP地址的对应关系，一经配置，转换表永久存在。明显的例子是NAT路由器上配置外网用户访问内网的服务器：内网服务器依然使用私网地址，在NAT路由器上，分配一个公网地址并配置私网地址/公网地址的转换表，对外提供公网IP地址给外部网络用户访问。
NAT转换表：202.110.10.10 8080 ---> 10.110.10.10 80 (www)


二   动态转换（Dynamic NAT）


路由器上保留一个合法地址列表，每当有转换需求的时候，从列表中选择一个进行转换。注意：动态转换依然是一对一的。
1）由于从列表中选择，每次转换采用的IP地址并不一定是同一个；
2）合法地址被采用后，其他的转换需求不能再使用这个合法IP。


三   复用转换（Overloading NAT）


在动态转换中，每个合法的IP地址只能在转换表中使用一次，在内部网络主机访问外部需求增多的情况下，合法地址列表中的IP地址会很快不够用。这时，可以利用上层协议标识，例如利用传输层TCP/UDP的端口号字段来协助建立NAT转换表项（ICMP报文的ICMP头中的Identifier字段也可以用来实现与端口号类似的功能）。这样，多个私有地址可以通过一个合法地址进行转换，这种类型的NAT转换也可以称为PAT（端口地址转换）。
转换表项例子：
10.10.1.1 100 202.110.10.1 100
10.10.1.1 101 202.110.10.1 101
10.10.1.2 102 202.110.10.1 102
......
理论上，1个公网地址可以提供的转换表项为2^16=65535个（尚未扣除知名端口数量）。这是INTERNET上NAT的典型应用。通过复用转换，还可以实现服务器负载分担的功能。


四    重叠转换（OverlappingNAT）


内部网使用的地址跟外部网重叠，这时需要把跟外部重叠的IP地址进行变换。在NAT路由器上，将外部网的重叠IP重新映射成不重叠的IP地址。这个方案可以解决使用相同私网网段的企业网络的合并问题。


建立的转换表项如下：
10.10.10.1 168.192.10.1 172.10.1.1 10.10.10.1
10.10.10.1 172.10.1.1 168.192.10.1 10.10.10.1
在NAT路由器上，将外部网的重叠IP重新映射成不重叠的IP地址。这个方案可以解决使用相同私网网段的企业网络的合并问题。