NAT 网络地址转换

本文最后更新于:2021年11月1日 中午

NAT(Network Address Translation,网络地址转换)是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址),但又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时,可使用NAT方法。

简介

  • 这种方法需要在专用网(私网IP)连接到因特网(公网IP)的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP地址(公网IP地址)。这样,所有使用本地地址(私网IP地址)的主机在和外界通信时,都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址,才能和因特网连接。
  • 另外,这种通过使用少量的全球IP地址(公网IP地址)代表较多的私有IP地址的方式,将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。在RFC 2663中有对NAT的说明。

实现方式

NAT的实现方式有三种,即静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat和端口多路复用OverLoad。

静态转换

是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址,IP地址对是一对一的,是一成不变的,某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换,可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备(如服务器)的访问。

动态转换

是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时,IP地址是不确定的,是随机的,所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。也就是说,只要指定哪些内部地址可以进行转换,以及用哪些合法地址作为外部地址时,就可以进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。当ISP提供的合法IP地址略少于网络内部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。

端口多路复用(Port address Translation,PAT)

是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换,即端口地址转换(PAT,Port Address Translation).采用端口多路复用方式。内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问,从而可以最大限度地节约IP地址资源。同时,又可隐藏网络内部的所有主机,有效避免来自internet的攻击。因此,网络中应用最多的就是端口多路复用方式。

ALG(Application Level Gateway)

即应用程序级网关技术:传统的NAT技术只对IP层和传输层头部进行转换处理,但是一些应用层协议,在协议数据报文中包含了地址信息。为了使得这些应用也能透明地完成NAT转换,NAT使用一种称作ALG的技术,它能对这些应用程序在通信时所包含的地址信息也进行相应的NAT转换。例如:对于FTP协议的PORT/PASV命令、DNS协议的 “A” 和 “PTR” queries命令和部分ICMP消息类型等都需要相应的ALG来支持。

NAPT

  • NAPT(Network Address Port Translation),即网络地址端口转换,可将多个内部地址映射为一个合法公网地址,但以不同的协议端口号与不同的内部地址相对应,也就是与之间的转换。NAPT普遍用于接入设备中,它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。NAPT也被称为“多对一”的NAT,或者叫PAT(Port Address Translations,端口地址转换)、地址超载(address overloading)。
  • 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。NAPT算得上是一种较流行的NAT变体,通过转换TCP或UDP协议端口号以及地址来提供并发性。除了一对源和目的IP地址以外,这个表还包括一对源和目的协议端口号,以及NAT盒使用的一个协议端口号。
  • NAPT的主要优势在于,能够使用一个全球有效IP地址获得通用性。主要缺点在于其通信仅限于TCP或UDP。当所有通信都采用TCP或UDP,NAPT允许一台内部计算机访问多台外部计算机,并允许多台内部主机访问同一台外部计算机,相互之间不会发生冲突。

参考资料


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