Linux 网络协议栈开发基础篇（六）—— NAT原理介绍

最新推荐文章于 2025-03-18 11:36:13 发布

zqixiao_09

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分类专栏： Linux网络协议栈开发文章标签：网络协议栈 tcp

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/zqixiao_09/article/details/79167021

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本文介绍了NAT（网络地址转换）的基本概念，包括公有和私有IP地址的区别，以及NAT如何解决IP地址不足的问题。详细阐述了NAT的工作原理，包括地址转换和连接跟踪，同时还探讨了端口转换的重要性。文章提到了NAT的三种类型：静态NAT、动态地址NAT和NAPT，并讨论了NAT在数据伪装、负载平衡、端口转发和透明代理等方面的应用。

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介绍NAT之前，我们需要先理解下公有地址及私有地址的概念：

IP地址分为两部分，网络号和主机号，这种分法应用在私有和公有IP地址上。一个局域网中，为了该局域网的安全，我们应用了私有IP地址，为了和Internet中的其他主机进行通信，我们用的私有IP地址必须为：　A级：10.0.0.0 - 10.255.255.255 B级：172.16.0.0 - 172.31.255.255 　C级：192.168.0.0 - 192.168.255.255 中的一种，A类私有地址只有网络号为10的网段，B类私有地址占用了B类网络号中172.16——172.31，C类私有地址占用了C类网络号中192.168.0——192.168.255.

　　具体用哪种要根据该局域网的主机有多少来选择（这样便于后期的维护），这些私有IP地址是不用申请的，但是我们必须申请公有IP地址（一个局域网可以有一个公有IP地址，也可以有多个公有IP地址），公有IP地址在全球是唯一的，私有的不是，我们和Internet上的其他主机通信时，用的都是公有IP地址，但是，在局域网中的机子只配置了私有的IP地址，没关系，我们在网关那有一个应用程序，可以把私有地址转换为公有IP地址，该机制成为NAT（网络地址转换Network Address Translation）。

在局域网中通常使用的IP地址如192.168.0.1等是属于私有地址的。那么为什么要在局域网中使用私有地址呢？使用私有地址有什么好处呢？下面我们来看一下为什么在局域网中要使用私有地址。

　　我们现在使用的IP地址是IPv4，在现有的协议下，其只能提供大约40亿个IP地址，可是为什么IPv4协议只有40亿个IP地址呢？目前使用的IPv4是用4个字节(byte)来表示IP地址，1字节是8个位(bit)，所以IPv4表示的IP地址是4X8=32位。如某人的IP地址是：221.137.148.209，实际上它表示：11011101.10001001.10010100.11010001数字中间的点并仅仅是为了看起来方便而已，可以认为我现在的IP地址是11011101100010011001010011010001。理论上，32位的二进数的个数是： 2^32 = 4294967296也就是：四十二亿九千四百九十六万七千二百九十六，IPv4能表示的地址总数也就这么多了。所以现在有了IPv6，IPv6的地址是128位的，所以个数为：2^128=340282366920938463463374607431768211456，肯定是够地球人用的啦！而本来只有40亿的IP地址都被大on

所以总结下，私有地址就是为解决在IPv4下IP地址不够用而产生的。

　　比如在一个网络中的主机为400台，那么分配一个C类地址不够用，分配一个B类地址又显得太浪费，在这种情况下，我们可以使用私有IP地址来解决这个问题。这个网络中的所有计算机共享一个公网地址。可以有效的缓解IP地址资源紧缺的问题。

　　私有IP地址，就是内网用的。10.0.0.0-10.255.255.255和192.168.0.0-192.168.255.255要连接互联网必须把私有IP转换成公网IP，使用NAT转换，至于为什么会需要私有IP，这是因为IP地址有限，不能每个用户都分配一个IP，所以只能几个人甚至几十个人共用一个IP，很多内网都是一两个公网IP的。

全部IP地址的范围

IP地址，一共分成了5类，范围分别如下：