NAT地址转换小实验

C-2002

于 2025-05-27 09:54:07 发布

阅读量629

点赞数 18

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：网络

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_75254642/article/details/148244370

1 NAT简介：

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种将 IP 地址转换为另一个 IP 地址的技术，常用于解决 IP 地址短缺问题，以及在不同网络间实现通信。

以下是关于 NAT 的详细介绍：

1.1 NAT 的基本概念：

核心功能：在网络层将数据包中的 IP 地址（源地址或目标地址）进行替换，使得多个设备可通过一个公网 IP 访问互联网，或让内部网络与外部网络通信。
应用场景：家庭网络、企业局域网、数据中心等需要共享公网 IP 的场景。

1.2 NAT 的工作原理：

1.2.1 基本流程：

内部设备（私有 IP）向外部网络发送请求时，NAT 设备（如路由器）将数据包的源 IP 替换为自身的公网 IP，并记录映射关系。
外部网络响应时，数据包到达 NAT 设备，NAT 根据映射关系将目标 IP 还原为内部设备的私有 IP，转发给对应设备。

1.2.2 关键术语：

私有 IP 地址：如192.168.x.x、10.x.x.x，仅在内部网络有效，无法直接被公网访问。
公网 IP 地址：全球唯一的 IP，可被互联网识别。
NAT 映射表：记录私有 IP、端口与公网 IP、端口的对应关系，用于数据包转发。

1.3 NAT 的类型：

根据映射方式不同，NAT 主要分为以下几类：

类型	特点	应用场景
静态 NAT	一对一映射：私有 IP 固定映射到公网 IP，需手动配置。	企业服务器对外提供服务（如 Web 服务器）。
动态 NAT	从公网 IP 池中动态分配 IP 给内部设备，映射关系非固定。	小型企业网络，需临时访问公网的场景。
网络地址端口转换（NAPT/PAT）	最常用的类型，通过端口号区分不同设备，实现多个私有 IP 共享一个公网 IP。	家庭路由器（如 1 个公网 IP 供多台设备上网）。
双向 NAT	同时转换源 IP 和目标 IP，用于双向通信场景（如内部网络访问特定外部服务时转换目标地址）。	复杂网络架构中的安全隔离与访问控制。

1.4 NAT 的优缺点：

优点：
- 节省公网 IP：通过 NAPT，一个公网 IP 可支持数十到数百台设备联网。
- 增强安全性：隐藏内部网络结构，外部无法直接访问私有 IP 设备，降低攻击风险。
- 简化网络管理：无需为每个设备分配公网 IP，减少 IP 地址管理复杂度。
缺点：
- 通信限制：外部网络无法主动向内部设备发起连接（需通过端口转发等特殊配置）。
- 兼容性问题：部分网络应用（如 P2P、VPN）可能因 NAT 映射导致连接失败。
- 性能开销：NAT 设备需处理数据包转换，可能带来延迟或丢包。

1.5 NAT 与 IPv6 的关系：

IPv4 时代的必要性：由于 IPv4 地址数量有限（约 43 亿个），NAT 是解决 IP 短缺的核心技术。
IPv6 的影响：IPv6 理论上可提供2^128个地址，几乎无需 NAT 即可为每个设备分配公网 IP，但 NAT 仍可能因安全需求继续存在。

1.6 NAT 的典型应用：

家庭网络：路由器通过 NAPT 将家用设备的私有 IP 转换为运营商分配的公网 IP，实现共享上网。
企业防火墙：通过 NAT 隔离内部网络与公网，同时允许特定服务（如邮件服务器、Web 服务器）通过端口转发对外提供服务。
云计算与数据中心：多台虚拟机可通过 NAT 共享物理服务器的公网 IP，降低成本。

1.7 NAT 穿透（NAT Traversal）：

问题：当两个位于不同 NAT 后的设备需要通信时（如 P2P 文件传输），直接连接会因 NAT 限制失败。
解决方案：
- STUN（会话遍历 NAT 的 UDP 服务）：通过服务器获取公网 IP 和端口，辅助建立连接。
- TURN（中继 NAT 的 UDP）：当 STUN 无法穿透时，通过服务器中继数据。
- ICE（交互式连接建立）：整合 STUN 和 TURN，自动选择最佳连接方式。

1.8 总结：

NAT 是现代网络架构中的基础技术，通过 IP 地址转换解决了 IPv4 地址短缺问题，并在网络安全和管理中发挥重要作用。尽管 IPv6 的普及可能减少其必要性，但在未来较长时间内，NAT 仍将是网络部署中的关键组件。

2 具体配置：

2.1 实验拓扑图：

2.2 实验要求：

10.1.1.2～10.1.1.254转换为合法的地址61.159.62.131/24，以便访问Internet

2.3 实验具体步骤：

1.R1设置外部端口的IP地址

R1>en
R1#conf t
R1(config)#int g0/0
R1(config-if)#ip add 61.159.62.131 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown

2.R1设置内部端口的IP地址

R1(config)#int g0/1
R1(config-if)#ip add 10.1.1.1 255.0.0.0
R1(config-if)#no shutdown 
R1(config-if)#exit

3.定义访问控制列表

R1(config)#access-list 1 permit 10.0.0.0 0.255.255.255
R1(config)#ip nat inside source list 1 int g0/0 overload # 注：可以将第四步和第五步合并成一步（复用路由器外部接口地址）

4.定义合法IP地址池

R1(config)#ip nat pool abcd 61.159.62.131 61.159.62.131 netmask 255.255.255.0

5.实现网络地址转换

R1(config)#ip nat inside source list 1 pool abcd overload

6.在内部和外部端口上启用NAT，以及配置默认路由（与静态NAT配置相同）

R1(config)#int g0/0
R1(config-if)#ip nat outside 
R1(config-if)#exit
R1(config)#int g0/1
R1(config-if)#ip nat inside 
R1(config-if)#exit
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 61.159.62.129

7.ISP设置端口的IP地址

Router>en
Router#conf t
Router(config)#hostname ISP
ISP(config)#int g0/0
ISP(config-if)#ip add 61.159.62.129 255.255.255.0
ISP(config-if)#no shutdown 
ISP(config-if)#exit
ISP(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 61.159.62.131

8.客户机测试验证

PC0：