NAT

NAT网络地址转换详解

NAT

简介

NAT英文全称是“Network Address Translation”,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,如下图所示。因此我们可以认为,NAT在一定程度上,能够有效的解决公网地址不足的问题。

简单地说,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,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。如下图所示。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,不能被路由转发。

功能分布

NAT 功能通常被集成到路由器、防火墙、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。此外,对于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。

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)。

图示

在这里插入图片描述

10-16
### NAT 网络地址转换原理 NAT(Network Address Translation,网络地址转换)是一种用于将私有网络中的专用IP地址转换为公共网络中合法全球唯一IP地址的技术。其主要目的是解决IPv4地址耗尽问题,并增强网络安全性和灵活性。 #### 原理概述 NAT的核心在于维护一张映射表,记录内部私有IP地址与外部公有IP地址之间的对应关系。根据不同的应用场景和技术需求,NAT分为静态NAT、动态NAT和端口多路复用(PAT)。 - **静态NAT**:一对一地将内部私有IP地址永久映射到一个固定的公有IP地址上[^5]。这种方式适合需要长期对外提供服务的设备,例如Web服务器或邮件服务器。 - **动态NAT**:允许多个内部私有IP地址临时映射到一组公有IP地址池中的某一个地址上[^1]。这种模式下,每次连接都会重新分配一个新的公有IP地址给请求者,直到该地址不再被使用为止。 - **端口多路复用(PAT)**:进一步扩展了动态NAT的功能,允许多个内部主机共享同一个公有IP地址并通过不同端口号区分流量[^5]。这是当前最常用的NAT形式之一,因为它能够显著减少所需的公有IP地址数量。 #### 工作机制 当配置了动态NAT的内部设备尝试访问外部网络时,路由器会自动从预定义好的公有IP地址池里选取未使用的地址来完成此次通信过程;如果所有可用地址都被占用,则新的连接请求会被拒绝[^2]。对于PAT而言,除了简单的IP地址替换外还会涉及TCP/UDP协议层面上的信息修改——具体来说就是调整源端口号以便后续返回的数据包能正确找到目标机器[^3]。 --- ### NAT 配置方法 以下是基于华为设备的一般性指导步骤: #### 创建地址池 首先需定义可用于转换操作的目标范围即所谓的“地址组”。命令如下所示: ```shell [Huawei] nat address-group group-index start-address end-address ``` 其中`group-index`代表自定编号用来标识这个特定集合;而`start-address`至`end-address`则明确了实际可供选用的具体数值区间[^4]。 #### 设置内外接口属性 接着明确指出哪一侧属于局域网部分(`inside`)以及广域网方向(`outside`)。例如: ```shell [Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address inside [Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2 [Huawei-GigabitEthernet0/0/2] ip address outside ``` #### 启动NAT规则 最后一步便是关联之前准备好的各项参数形成完整的策略描述语句。如果是执行标准型态下的简单互换动作可以直接写成这样子的形式即可满足大部分基础用途的要求: ```shell [Huawei] acl number 2000 [Huawei-acl-basic-2000] rule permit source private-network-subnet mask-length [Huawei] nat address-group group-index outbound interface-name ``` 这里需要注意的是ACL列表应当精确匹配希望参与变换流程的所有可能发起方所在位置段落信息[^4]。 而对于更复杂的场景比如涉及到PAT的情况,则需要用到稍微复杂一点的指令结构来进行处理: ```shell Router(config)#ip nat inside source list access-list-number pool name overload ``` 此条目里的关键字overload正是指示启用端口重叠特性从而达成最大化利用单一公网出口的目的[^3]。 --- ### 示例代码展示 下面给出一段综合性的脚本样例供参考学习之用: ```shell # 定义地址池 [Huawei] nat address-group 1 192.168.1.100 192.168.1.150 # 设定内网接口 [Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] ip address 172.16.0.1 255.255.255.0 [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] nat inside # 设定外网接口 [Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2 [Huawei-GigabitEthernet0/0/2] ip address 202.100.1.1 255.255.255.0 [Huawei-GigabitEthernet0/0/2] nat outside # 编辑访问控制列表 [Huawei] acl number 2000 [Huawei-acl-basic-2000] rule permit source 172.16.0.0 0.0.255.255 # 应用NAT规则 [Huawei] nat address-group 1 outbound GigabitEthernet 0/0/2 ``` ---
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