NAT地址转换协议

本文介绍: 随着网络设备的数量不断增长，对IPv4地址的需求也不断增加，导致可用IPv4地址空间逐渐耗尽。解决IPv4地址枯竭问题的权宜之计是分配可重复使用的各类私网地址段给企业内部或家庭使用。但是，私有地址不能在公网中路由，即私网主机不能与公网通信，也不能通过公网与另外一个私网通信。网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）允许多个内部地址映射到同一个公有地址的不同端口。动态NAT基于地址池来实现私有地址和公有地址的转换。

NAT应用场景

在这里插入图片描述 – 随着网络设备的数量不断增长，对IPv4地址的需求也不断增加，导致可用IPv4地址空间逐渐耗尽。解决IPv4地址枯竭问题的权宜之计是分配可重复使用的各类私网地址段给企业内部或家庭使用。但是，私有地址不能在公网中路由，即私网主机不能与公网通信，也不能通过公网与另外一个私网通信。

NAT是将IP数据报文头部中的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。NAT一般部署在连接内网和外网的网关设备上。当收到的报文源地址为私网地址、目的地址为公网地址时，NAT可以将源私网地址转换成一个公网地址。这样公网目的地就能够收到报文，并做出响应。此外，网关上还会创建一个NAT映射表，以便判断从公网收到的报文应该发往的私网目的地址。

静态NAT

静态NAT实现了私有地址和公有地址的一对一映射。一个公网IP只会分配给唯一且固定的内网主机。

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NAT的实现方式有多种，适用于不同的场景。
静态NAT实现了私有地址和公有地址的一对一映射。如果希望一台主机优先使用某个关联地址，或者想要外部网络使用一个指定的公网地址访问内部服务器时，可以使用静态NAT。但是在大型网络中，这种一对一的IP地址映射无法缓解公用地址短缺的问题。
在本示例中，源地址为192.168.1.1的报文需要发往公网地址100.1.1.1。在网关RTA上配置了一个私网地址192.168.1.1到公网地址200.10.10.1的映射。当网关收到主机A发送的数据包后，会先将报文中的源地址192.168.1.1转换为200.10.10.1，然后转发报文到目的设备。目的设备回复的报文目的地址是200.10.10.1。当网关收到回复报文后，也会执行静态地址转换，将200.10.10.1转换成192.168.1.1，然后转发报文到主机A。和主机A在同一个网络中其他主机，如主机B，访问公网的过程也需要网关RTA做静态NAT转换。

动态NAT

动态NAT基于地址池来实现私有地址和公有地址的转换。

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动态NAT通过使用地址池来实现。
本示例中，当内部主机A和主机B需要与公网中的目的主机通信时，网关RTA会从配置的公网地址池中选择一个未使用的公网地址与之做映射。每台主机都会分配到地址池中的一个唯一地址。当不需要此连接时，对应的地址映射将会被删除，公网地址也会被恢复到地址池中待用。当网关收到回复报文后，会根据之前的映射再次进行转换之后转发给对应主机。
动态NAT地址池中的地址用尽以后，只能等待被占用的公用IP被释放后，其他主机才能使用它来访问公网。

NAPT

网络地址端口转换NAPT允许多个内部地址映射到同一个公有地址的不同端口

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网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）允许多个内部地址映射到同一个公有地址的不同端口。

本例中，RTA收到一个私网主机发送的报文，源IP地址是192.168.1.1，源端口号是1025，目的IP地址是100.1.1.1，目的端口是80。RTA会从配置的公网地址池中选择一个空闲的公网IP地址和端口号，并建立相应的NAPT表项。这些NAPT表项指定了报文的私网IP地址和端口号与公网IP地址和端口号的映射关系。之后，RTA将报文的源IP地址和端口号转换成公网地址200.10.10.1和端口号2843，并转发报文到公网。当网关RTA收到回复报文后，会根据之前的映射表再次进行转换之后转发给主机A。主机B同理。

Easy IP

Easy IP允许将多个内部地址映射到网关出接口地址上的不同端口。

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Easy IP适用于小规模局域网中的主机访问Internet的场景。小规模局域网通常部署在小型的网吧或者办公室中，这些地方内部主机不多，出接口可以通过拨号方式获取一个临时公网IP地址。Easy IP可以实现内部主机使用这个临时公网IP地址访问Internet。
本示例说明了Easy IP的实现过程。RTA收到一个主机A访问公网的请求报文，报文的源IP地址是192.168.1.1，源端口号是1025。RTA会建立Easy IP表项，这些表项指定了源IP地址和端口号与出接口的公网IP地址和端口号的映射关系。之后，根据匹配的Easy IP表项，将报文的源IP地址和端口号转换成出接口的IP地址和端口号，并转发报文到公网。报文的源IP地址转换成200.10.10.10/24，相应的端口号是2843。
路由器收到回复报文后，会根据报文的目的IP地址和端口号，查询Easy IP表项。路由器根据匹配的Easy IP表项，将报文的目的IP地址和端口号转换成私网主机的IP地址和端口号，并转发报文到主机。

NAT服务器

通过配置NAT服务器,可以使外网用户访问内网服务器

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NAT在使内网用户访问公网的同时，也屏蔽了公网用户访问私网主机的需求。当一个私网需要向公网用户提供Web和SFTP服务时，私网中的服务器必须随时可供公网用户访问。
NAT服务器可以实现这个需求，但是需要配置服务器私网IP地址和端口号转换为公网IP地址和端口号并发布出去。路由器在收到一个公网主机的请求报文后，根据报文的目的IP地址和端口号查询地址转换表项。路由器根据匹配的地址转换表项，将报文的目的IP地址和端口号转换成私网IP地址和端口号，并转发报文到私网中的服务器。
本例中，主机C需要访问私网服务器，发送报文的目的IP地址是200.10.10.1，目的端口号是80。RTA收到此报文后会查找地址转换表项，并将目的IP地址转换成192.168.1.1，目的端口号保持不变。服务器收到报文后会进行响应，RTA收到私网服务器发来的响应报文后，根据报文的源IP地址192.168.1.1和端口号80查询地址转换表项。然后，路由器根据匹配的地址转换表项，将报文的源IP地址和端口号转换成公网IP地址200.10.10.1和端口号80，并转发报文到目的公网主机。

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