路由功能与NAT

本文主要解析如何开启路由转发以提供实验环境的路由功能,并详细介绍了如何使用NAT技术将内部服务器的业务映射到公网,包括添加NAT协议、配置接口和服务端口。

路由功能与NAT

1. 题目要求


题目:
开启路由转发,为当前实验环境提供路由功能;
将内部服务器所需要的业务进行公网映射。


2. 试题解析

打开路由功能。
在这里插入图片描述
将内部服务器所需要的业务进行公网映射
右键常规->新增路由协议,选择NAT;
右键NAT->新增接口,这里需要注意所有的接口都要添加进去,公网的接口应该是连接ISpSrv的接口。
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切换到服务和端口选项卡,勾选安全Web服务HTTPS,输入AppSrv的IP地址;
在这里插入图片描述

### 路由NAT的工作原理机制 #### 路由原理 路由网络层(OSI模型的第三层)功能,其核心任务是将数据包从源设备传输到目标设备,通过一系列中间节点(如路由器)进行转发路由的核心机制包括: - **路由表**:路由器维护一张路由表,其中包含网络前缀、子网掩码、下一跳地址和出接口等信息。当路由器接收到一个数据包时,它会检查数据包的目标IP地址,并根据路由表中的信息决定数据包的转发路径。 - **路由协议**:动态路由协议(如RIP、OSPF、BGP)用于自动更新路由表,确保路由器能够适应网络拓扑的变化。静态路由则需要手动配置。 #### NAT网络地址转换)原理 NAT是一种地址转换技术,主要用于解决IPv4地址短缺问题,同时增强网络的安全性。NAT的核心原理包括: - **地址转换**:NAT将私有网络中的私有IP地址转换为公网IP地址,以便在互联网上进行通信。私有地址通常包括10.0.0.0/8、172.16.0.0/12和192.168.0.0/16网段。 - **双向转换**:NAT在数据包从私网流向公网时,将源地址(私有地址)替换为公网地址;在数据包从公网返回私网时,将目标地址(公网地址)转换为私有地址。 - **连接跟踪**:NAT设备会维护一张连接表,记录每个连接的源地址、目标地址和端口号等信息,以确保数据包能够正确地回传给私网中的设备[^3]。 #### NAT的工作机制 NAT的工作机制可以分为以下几种类型: - **静态NAT**:静态NAT是一种一对一的地址映射,即每个私有地址对应一个固定的公网地址。这种方式适用于需要长期暴露在公网中的服务(如Web服务器)。 - **动态NAT**:动态NAT使用一个公网IP地址池,当私网设备需要访问公网时,NAT设备会从池中分配一个可用的公网IP地址。完成通信后,该公网IP地址会被释放并重新分配给其他设备。 - **NAPT(网络地址端口转换)**:NAPT是动态NAT的扩展,它不仅转换IP地址,还转换端口号。通过这种方式,多个私网设备可以共享同一个公网IP地址,从而大大节省了公网IP资源[^4]。 #### 路由NAT的协同工作 在实际网络中,路由NAT通常是协同工作的: - **出口路由NAT**:当私网设备发送数据包到公网时,首先通过路由表确定下一跳地址和出接口,然后由NAT设备将源地址转换为公网地址。这样,数据包在公网中表现为由NAT设备发出。 - **入口路由NAT**:当公网设备响应时,数据包会发送到NAT设备的公网地址。NAT设备根据连接表将目标地址转换为私有地址,并通过路由表将数据包转发到正确的私网设备。 #### NAT的局限性 尽管NAT在IPv4网络中广泛应用,但它也存在一些局限性: - **双向地址转换的复杂性**:某些协议(如FTP主动模式、IPsec)需要特殊的NAT配置才能正常工作,因为它们涉及多条连接或动态端口分配。 - **性能开销**:频繁的地址转换会消耗路由器的资源,影响数据包的转发效率。 - **IPv6兼容性**:NAT不适用于IPv6网络,因为IPv6地址空间足够大,不需要地址复用。为了在IPv6环境中实现IPv4的兼容性,需要使用过渡技术(如NAT64)[^2]。 #### 示例配置 以下是一个简单的NAT配置示例,假设私网地址为192.168.1.0/24,公网地址为203.0.113.1: ```bash # 配置静态NAT ip nat inside source static 192.168.1.10 203.0.113.1 # 配置动态NAT ip nat pool PUBLIC-IP-POOL 203.0.113.1 203.0.113.10 netmask 255.255.255.0 ip nat inside source list 1 pool PUBLIC-IP-POOL # 配置NAPT ip nat inside source list 1 interface GigabitEthernet0/0/0 overload ``` 在上述配置中: - `ip nat inside source static` 用于配置静态NAT。 - `ip nat pool` 定义了一个公网IP地址池。 - `ip nat inside source list` 用于将私网地址公网地址池或接口关联。 - `overload` 关键字启用NAPT,允许多个私网地址共享一个公网地址[^4]。
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