浅谈网络层(3)

本文深入探讨了虚拟专用网(VPN)的概念,包括其工作原理、远程接入VPN以及如何通过网络地址转换(NAT)实现专用地址与全球地址的转换,确保内部网络与互联网的安全通信。

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5. 虚拟专用网VPN

 

5.1 本地地址,全球地址,专用地址

由于IP地址的紧缺,一个机构能够申请到的IP地址数往往远小于本机构所拥有的主机数,考虑到互联网并不是很安全,一个机构内也并不需要把所有的主机接入到外部的互联网,假定一个机构内部的计算机通信也是采用TCP/IP协议,那么从原则上讲,对于这些仅在机构内部使用的计算机就可以由本机构自行分配IP地址。

本地地址——仅在机构内部使用的IP地址,可以由本机构自行分配,而不需要向互联网的管理机构申请。

全球地址——全球唯一的IP地址,必须向互联网的管理机构申请。

问题——在内部使用的 本地地址就有可能和互联网中某个IP地址重合,这样就会出现地址二义性问题。

解决——RFC1918指明了一些专用地址(private address)。专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址在互联网中的所有路由器,对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发

 

5.2 专用网

采用这样的专用IP地址的互联网络称为专用互联网本地互联网专用网因为这些专用地址仅在本机构内部使用,专用ip地址也可叫做可重用地址。

 

 

5.3  虚拟专用网VPN

利用公用的互联网作为本机构各专用网之间的通信载体,这样的专用网又称为虚拟专用网VPN(Virtual Private Network)。

“虚拟”——表示“好像是”,但实际上并不是,因为现在并没有真正使用通信专线,而VPN只是在效果上和真正的专用网一样。

“专用网”——是因为这种网络是为本机构的主机用于机构内部的通信,而不是用于和网络外非本机构的主机通信

如果专用网不同网点之间的通信必须经过公用的互联网,但又有保密的要求,那么所有通过互联网传送的数据都必须加密。一个机构要构建自己的VPN就必须为它的每一个场所购买专门的硬件和软件,并进行配置,使每一个场所的VPN系统都知道其他场所的地址。

 

远程接入VPN(remote access VPN)可以满足外部流动员工访问公司网络的需求。在外地工作的员工拨号接入互联网,而驻留在员工PC机中的VPN软件可在员工的PC机和公司的主机之间建立VPN隧道,因而外地员工与公司通信的内容是保密的,员工感到好像就是使用公司内部的本地网络。

 

 

6.网络地址转换NAT

 

6.1  传统NAT

问题:在专用网上使用专用地址的主机如何与互联网上的主机通信(并不需要加密)?

解决:(1)再申请一些全球IP地址 ; (2)采用网络地址转换NAT。

网络地址转换NAT(Network Address Translation)方法于1994年提出。需要在专用网连接到到互联网的路由器上安装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。所有使用本地地址的主机在和外界通信时,都要在NAT路由器上将本地地址转换成全球IP地址(nat地址转换表中查),才能和互联网连接。

从上图可以看到,在内部主机和外部主机通信时,在NAT路由器上发生了两次地址转换:

  • 离开专用网时:替换源地址,将内部地址替换为全球地址;
  • 进入专用网时:替换目的地址,将全球地址替换为内部地址

当NAT路由器具有n个全球IP地址时,专用网内最多可以同时有n台主机接入互联网。这样就可以使专用网内较多数量的主机,轮流使用NAT路由器有限数量的全球IP地址。通过NAT路由器的通信必须由专用网内的主机发起。专用网内部的主机不能充当服务器用,因为互联网上的客户无法请求专用网内的服务器提供服务。

 

6.2  传统NAPT

为了更加有效的利用NAT路由器上的全球IP地址,现在常用的NAT转换表把运输层的端口号也利用上。这样,就可以使多个拥有本地地址的主机,共用一个NAT路由器上的全球IP地址,因而可以同时和互联网上的不同主机进行通信。使用端口号的NAT叫做网络地址和端口号转换NAPT(Network Address and Port Translation)。

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