NAT介绍

有时候会在搭建网络环境的时候,总是把NAT弄混淆,所以决定写一篇关于NAT的总结性介绍,文章中图是copy from 同事的PPT。。。。

1.什么是NAT

NAT(Network Address Transfer),即网络地址转换。它是一种在IP数据包通过路由器或者防火墙时重写source IP或Destination IP地址的技术。
我们知道ip地址的资源是有限的,不可能为每一个人的每一台PC都分配一个公网IP,因此NAT技术被广泛运用在有多台主机但只通过一个公有IP地址访问因特网的私有网络中。
什么是NAT

2.NAT的种类

(1) Source NAT(SNAT),即源地址转换,将私有的source IP地址转换为公网地址。当内部地址要访问公网上的服务时,内部地址会主动发起连接,由路由器或者防火墙上的网关对内部地址做个地址转换,将内部的私有IP转换为公网IP,网关的这个地址转换称为SNAT。

  • Static NAT,静态转换,IP地址对是一对一的,一成不变的。
    Static IP
  • Dynamic NAT,动态转换,是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时,IP地址对是不确定的,而是随机的,所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。
    Dynamic IP
  • PAT(Port Address Translation),端口多路复用,是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换。采用PAT方式,内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问,从而可以最大限度地节约IP地址资源,同时又隐藏内部的所有主机,有效避免来自Internet的攻击。因此,目前网络中应用最多的就是PAT方式。
    PAT
    (2) Destination NAT,即目的地址转换。当内部需要提供对外服务时,外部地址发起主动连接,由路由器或者防火墙上的网关接收到这个连接,然后将连接转换到内部。这个转换叫DNAT。
  • Static IP
    Static NAT
  • Static Port,当多个主机共用一个公网IP地址时
    static port
<think>嗯,用户这次聚焦在NAT技术上,要求深入理解其工作原理及与IP地址的关系。之前我已经系统介绍过公网IP私有IP的区别,用户现在明显是想在这个基础上深化网络地址转换的细节。用户提供的引用资料很有针对性:引用[1][2][3]都直接关联NAT技术,其中引用[1]提到关键分类(PAT/静态端口映射),引用[2]强调动态地址映射特性,引用[3]则点明NAT解决内网设备上网的核心需求。不过引用[4][5]关于IPv6社群邀请的内容与当前问题关联度较低。用户可能正在学习网络工程,或是遇到实际网络配置问题。从ta特意要求“工作原理及转换机制”来看,需要实操性强的技术解释,最好能结合生活场景。考虑到上次回复时使用了企业案例图表,这次应该更侧重技术实现细节。准备这样构建回答:先简明定义NAT(突出三层功能定位),然后用协议转换四步流程具体说明,特别区分两类关键NAT技术。动态NAT/PAT部分要强调端口复用机制(可举家庭路由器实例),静态NAT则用服务器端口映射案例辅助理解。最后回应IPv6过渡期NAT的不可替代性。技术难点在于把TCP/IP协议层转换讲通透:比如要说明传输层端口号在PAT中的关键作用,以及NAT表维护状态的重要性。数学表达会用在描述IP地址转换函数($f:私有IP\times端口\rightarrow公网IP\times端口$)CIDR表示法。安全问题必须强调:虽然提及NAT作为天然防火墙的特性,但需避免用户误解为安全解决方案——这点在回复里用括号补充说明更合适。</think> 以下是关于**NAT(网络地址转换)的工作原理及其与公网IP、私有IP关系的详细解析**,结合您提供的引用资料进行结构化说明: --- ### 一、NAT的核心作用 为解决IPv4地址枯竭问题,NAT实现**私有IP与公网IP的互转**,使多台内网设备共享一个公网IP访问互联网。其核心价值包括: 1. **节省公网IP**:数十个私有IP共用1个公网IP 2. **增强安全**:私有IP对外隐身(天然防火墙)[^3] 3. **简化管理**:内网设备IP可自由规划 --- ### 二、NAT工作原理(四步转换流程) 当私有IP设备(如`192.168.1.100`)访问公网服务器(如`203.0.113.10`)时: ```mermaid sequenceDiagram 内网设备->>+NAT网关: 发送请求数据包[源IP:192.168.1.100:5000, 目标IP:203.0.113.10:80] NAT网关-->>-公网: 替换源IP为网关公网IP[源IP:203.0.113.5:60000, 目标IP:203.0.113.10:80] 公网服务器-->>+NAT网关: 返回响应包[源IP:203.0.113.10:80, 目标IP:203.0.113.5:60000] NAT网关-->>-内网设备: 还原目标IP为私有IP[源IP:203.0.113.10:80, 目标IP:192.168.1.100:5000] ``` #### **关键技术细节** 1. **IP地址转换** $$ \text{私有IP} \xrightarrow{\text{NAT映射}} \text{公网IP} $$ 如:$192.168.1.100 \rightarrow 203.0.113.5$ 2. **端口重映射(PAT核心技术)** 通过修改**源端口号**区分不同内网设备(端口映射表)[^1]: | 内网IP:端口 | 公网IP:端口 | |---------------|---------------| | 192.168.1.100:5000 | 203.0.113.5:60000 | | 192.168.1.101:5500 | 203.0.113.5:61000 | 3. **状态表维护** NAT网关记录每个会话的 **`五元组`** : $$(\text{源IP}, \text{源端口}, \text{目标IP}, \text{目标端口}, \text{协议})$$ --- ### 三、NAT的两种主要类型 #### **1. 动态NAT/PAT(多对一转换)** - **场景**:内网多台设备共享上网 - **原理**:临时分配公网IP端口(端口复用) - **特点**: - 公网IP资源高效利用 - **不支持外网主动访问内网**[^1][^2] #### **2. 静态NAT(端口映射)** - **场景**:外网访问内网服务器(如网站、NAS) - **原理**:固定绑定公网端口与内网服务 ```bash # 示例:将公网IP的80端口映射到内网Web服务器 nat static protocol tcp global 203.0.113.5 80 inside 192.168.1.200 80 ``` - **特点**: - 外网可通过公网IP:端口直连内网服务 - 需手动配置(有安全风险,需配合防火墙)[^1] --- ### 四、NATIPv4/IPv6的关系 1. **IPv4依赖NAT**: - 私有IP地址池(10.0.0.0/8等)需通过NAT转换公网IP - IPv4公网地址不足的补救方案[^4] 2. **IPv6可减少NAT依赖**: - 地址空间达$2^{128}$,理论上每个设备可分到公网IP - 但因过渡期兼容需求,部分场景仍采用**NAT64**技术[^4] --- ### 五、关键命令示例(引用[1][5]) ```bash # 查看NAT转换表(Cisco设备) show ip nat translations # 配置动态PAT(多对一转换) ip nat inside source list 1 interface GigabitEthernet0/1 overload # 配置静态端口映射 ip nat inside source static tcp 192.168.1.200 80 203.0.113.5 80 ``` --- ### 六、典型案例解析 **问题**:家中电脑(私有IP)无法被外网直接访问 **解决方案**: 1. 在路由器配置静态NAT: ``` 公网IP:3390 → 内网电脑IP:3389 (远程桌面端口) ``` 2. 外网通过`公网IP:3390`连接(需配合DDNS解决动态公网IP变化问题)[^3] ---
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值