NAT转换笔记

三味神风

于 2025-03-15 16:17:15 发布

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文章标签：笔记安全

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2401_82583394/article/details/146280284

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1. NAT出现的原因

1.1 IPv4 地址资源枯竭

IPv4 地址数量有限：IPv4 地址由 32 位组成，理论上仅有约 43 亿个地址，但实际可用地址更少（受保留地址、分类分配等限制）。
互联网设备激增：随着个人电脑、手机、物联网设备等联网终端的爆炸式增长，IPv4 地址已无法满足需求。
NAT 的解决方案：通过 NAT，多个内网设备可以共享一个公网 IP 地址，极大缓解了地址短缺问题。

1.2节省公网 IP 地址成本

私有地址的利用：NAT 允许企业或家庭网络使用私有 IP 地址（如 192.168.x.x、10.x.x.x），无需为每个设备申请公网 IP。
ISP 的地址分配优化：互联网服务提供商（ISP）可为大量用户分配有限的公网 IP，降低地址分配成本。

1.3增强网络安全性

隐藏内部网络结构：NAT 对外屏蔽了内网设备的真实 IP，外部攻击者无法直接定位内网主机，提供了一层天然的安全隔离。
限制直接访问：内网设备默认无法被公网直接访问（需通过端口映射），降低了暴露风险。

1.4简化网络管理

灵活的地址规划：企业可在内网自由规划私有地址，无需频繁向注册机构申请公网地址。
网络扩展便捷：新增设备时只需分配私有 IP，无需调整公网配置。

1.5延缓 IPv6 的过渡压力

在 IPv6 尚未普及的阶段，NAT 作为临时方案有效缓解了 IPv4 地址枯竭的紧迫性，为 IPv6 的部署争取了时间。

2. 什么是NAT转换

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种网络技术，用于在私有网络（如家庭或企业内网）和公共网络（如互联网）之间转换 IP 地址。其核心目的是允许多个设备共享一个或少量公网 IP 地址，同时隐藏内部网络的真实地址结构。

2.1NAT 的核心概念

私有 IP 地址 vs 公网 IP 地址
- 私有 IP：仅在内部网络中使用的地址（如 192.168.x.x、10.x.x.x、172.16.x.x），不可直接在互联网上路由。
- 公网 IP：全球唯一的 IP 地址，可直接在互联网上通信。
NAT 的作用
- 地址转换：将内网设备的私有 IP 和端口号，映射到公网 IP 和端口号。
- 复用公网 IP：通过端口号区分不同内网设备，实现“一公网 IP 供多设备同时上网”。

2.2NAT 的工作原理

以家庭网络为例：

内网设备发起请求
当你的手机（私有 IP 192.168.1.100）访问一个网站时，数据包先发送到路由器（NAT 设备）。
NAT 转换
路由器将数据包的源 IP 从 192.168.1.100 替换为路由器的公网 IP（如 203.0.113.5），并记录转换关系（例如映射到某个端口 5000）。
公网传输
数据包以公网 IP 203.0.113.5:5000 的身份发送到目标服务器。
响应返回
服务器返回数据到 203.0.113.5:5000，路由器根据记录将目标 IP 和端口还原为 192.168.1.100，最终将数据转发给手机。

2.3NAT 的优缺点

总结

NAT 是互联网的关键技术之一，通过地址和端口转换，解决了 IPv4 地址不足问题，并提供了基础的安全隔离。尽管存在局限性（如阻碍端到端通信），但在 IPv6 全面普及前，NAT 仍是网络架构中不可或缺的组成部分。

3. NAT转换的使用场景

NAT转换的三大使用场景

3.1 家庭网络：全家人一起“抢”一个IP上网

场景：

你在家刷剧，老妈追综艺，老弟打游戏，老爸看新闻——全家N台设备同时联网，但宽带只给了一个公网IP！
NAT干了啥：
家里的路由器就像个“超级门卫”，默默把每个人的手机、电脑的“内网门牌号”（比如192.168.1.5）换成同一个“公网快递单号”（比如120.230.100.1）。
然后帮你们把数据包“打包寄出”，收到回复再按“门牌号”精准送到每个人的设备上。
贴心效果：
- 省了给每台设备单独交“公网IP月租费”（毕竟公网IP很贵啊！）。
- 外面的人想偷看你家设备？门卫直接挡住：“查无此人！”（安全感+1）。

3.2公司办公：几百号人共用“一个出口”上网

场景：

公司里财务小姐姐做报表，程序员小哥写代码，销售大哥发合同——全公司几百台电脑，但公网IP可能只有几十个。
NAT干了啥：
公司的网络设备（比如防火墙或路由器）像“快递分拣中心”，把所有人的内网地址（10.1.1.x）动态分配到有限的公网IP上。
比如上午9点，你的电脑用公网IP-A上网；下午3点，可能换成公网IP-B。
贴心效果：
- 老板不用给每个员工单独买IP，省下一大笔钱（老板开心，年终奖有望！）。
- 黑客想攻击公司内网？分拣中心直接甩锅：“这是公网IP干的，关我内网啥事？”（防背锅神器）。

3.3咖啡厅Wi-Fi：陌生人也能“共享IP不尴尬”

场景：

你坐在咖啡馆，边喝拿铁边刷小红书，隔壁桌小哥在打王者，斜对面小姐姐在视频面试——所有人共用咖啡馆的一个公网IP。
NAT干了啥：
咖啡馆的路由器就像个“热心服务员”，给每个连Wi-Fi的设备发个“临时号码牌”（内网IP），然后把所有人的请求统一用咖啡馆的公网IP发出去。
回复来了，服务员再按“号码牌”准确送到你的手机或电脑。
贴心效果：
- 你不用暴露自己的设备信息，隔壁小哥也看不到你在刷什么（隐私保护拉满！）。
- 咖啡馆老板不用为每个顾客单独买IP，Wi-Fi随便用，大家开心蹭网（双赢~）。

总结：NAT就像你身边的“网络隐形侠”

它可能没有酷炫的名字，但默默帮你：

省钱（公网IP贵啊！能省则省）。
护隐私（“你是谁？我不知道！”）。
抗压力（一个IP扛起全家的流量，打工人实锤！）。

下次上网时，记得在心里给这位“无名英雄”点个赞吧！👍

4. NAT的种类

NAT的种类与要求

静态NAT：专属“VIP通道”

特点：一对一固定映射，私有IP和公网IP“锁死”。

举个栗子：公司官网服务器内网IP是192.168.1.100，对外永远映射到公网IP203.0.113.10，谁都能通过这个公网IP访问网站。
要求：
- 必须提前配置好“谁映射到谁”，不能临时改。
- 适合需要长期对外服务的设备（比如服务器）。
优缺点：
- 好处：稳定，公网能直接访问内网服务。
- 缺点：浪费公网IP（一个设备占一个IP）。

动态NAT：灵活“共享工位”

特点：从公网IP池里“抓一个”临时用，用完归还。

在举个栗子：公司有50个公网IP，100台员工电脑。员工A上网时，路由器随机分配一个空闲IP（比如203.0.113.20）；等他关电脑，IP就被回收给其他人用。
要求：
- 公网IP池的数量至少≥同时上网的设备数。
- 适合企业内网，设备多但不需要长期对外暴露。
优缺点：
- 好处：比静态NAT省IP，比纯共享更灵活。
- 缺点：IP池耗尽时，新设备会“挤不上网”。

PAT（NAPT）：万能“端口魔术师”

特点：一个公网IP，靠不同端口区分N台设备。

举个栗子：你家路由器公网IP是120.230.100.1，你的手机用这个IP的5000端口，老爸的电脑用5001端口，互不干扰。
要求：
- 路由器必须记录“设备→端口”的映射关系（类似快递单号）。
- 适合家庭、咖啡馆等场景，极度省IP。
优缺点：
- 好处：一个IP扛全家，省钱之王！
- 缺点：某些应用（如视频通话、游戏联机）需要手动配置端口映射。

NAT64：跨协议的“翻译官”

特点：让IPv6设备访问IPv4网站，解决“协议代沟”。

举个栗子：你的手机支持IPv6，但想访问一个只有IPv4的老网站。NAT64网关会把IPv6请求“翻译”成IPv4格式，再把结果转回来。
要求：
- 需要支持双协议栈（IPv4+IPv6）的网关设备。
- 适合IPv6过渡期，兼容老旧系统。
优缺点：
- 好处：平滑迁移到IPv6，不用立刻淘汰IPv4设备。
- 缺点：翻译过程可能增加延迟。

如何选择合适的NAT？

看需求：
- 想对外提供服务？→ 静态NAT。
- 公司员工上网？→ 动态NAT或PAT。
- 家庭多设备？→ PAT直接封神。
- 兼容IPv6？→ NAT64来兜底。
看资源：
- 公网IP多→随便用；IP少→使劲省。
看技术难度：
- 静态NAT配置简单，PAT要管端口，NAT64得搞协议兼容。