该文摘自百度百科“NAT”中的一部分

NAT(Network Address Translation,网络地址转换)是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址),但现在又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时,可使用NAT方法。
这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装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。这样,所有使用本地地址的主机在和外界通信时,都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址,才能和因特网连接。
另外,这种通过使用少量的公有IP 地址代表较多的私有IP 地址的方式,将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。在RFC 1632中有对NAT的说明。
 

NAT功能

NAT不仅能解决了lP地址不足的问题,而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击,隐藏并保护网络内部的计算机。
1.宽带分享:这是 NAT 主机的最大功能。
2.安全防护:NAT 之内的 PC 联机到 Internet 上面时,他所显示的 IP 是 NAT 主机的公共 IP,所以 Client 端的 PC 当然就具有一定程度的安全了,外界在进行 portscan(端口扫描) 的时候,就侦测不到源Client 端的 PC 。
 

NAT实现方式

NAT的实现方式有三种,即静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat和端口多路复用OverLoad。
静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址,IP地址对是一对一的,是一成不变的,某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换,可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备(如服务器)的访问。
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地址是不确定的,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。也就是说,只要指定哪些内部地址可以进行转换,以及用哪些合法地址作为外部地址时,就可以进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。当ISP提供的合法IP地址略少于网络内部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。
端口多路复用(Port address Translation,PAT)是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换,即端口地址转换(PAT,Port Address Translation).采用端口多路复用方式。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,又可隐藏网络内部的所有主机,有效避免来自internet的攻击。因此,目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。
ALG(Application Level Gateway),即应用程序级网关技术:传统的NAT技术只对IP层和传输层头部进行转换处理,但是一些应用层协议,在协议数据报文中包含了地址信息。为了使得这些应用也能透明地完成NAT转换,NAT使用一种称作ALG的技术,它能对这些应用程序在通信时所包含的地址信息也进行相应的NAT转换。例如:对于FTP协议的PORT/PASV命令、DNS协议的 "A" 和 "PTR" queries命令和部分ICMP消息类型等都需要相应的ALG来支持。
如果协议数据报文中不包含地址信息,则很容易利用传统的NAT技术来完成透明的地址转换功能,通常我们使用的如下应用就可以直接利用传统的NAT技术:HTTP、TELNET、FINGER、NTP、NFS、ARCHIE、RLOGIN、RSH、RCP等。
 

NAT相关介绍

NAT的技术背景

要真正了解NAT就必须先了解现在IP地址的适用情况,私有 IP 地址是指内部网络或主机的IP 地址,公有IP 地址是指在因特网上全球唯一的IP 地址。RFC 1918 为私有网络预留出了三个IP 地址块,如下:
A 类:10.0.0.0~10.255.255.255
B 类:172.16.0.0~172.31.255.255
C 类:192.168.0.0~192.168.255.255
上述三个范围内的地址不会在因特网上被分配,因此可以不必向ISP 或注册中心申请而在公司或企业内部自由使用。[1] 
随着接入Internet的计算机数量的不断猛增,IP地址资源也就愈加显得捉襟见肘。事实上,除了中国教育和科研计算机网(CERNET)外,一般用户几乎申请不到整段的C类IP地址。在其他ISP那里,即使是拥有几百台计算机的大型局域网用户,当他们申请IP地址时,所分配的地址也不过只有几个或十几个IP地址。显然,这样少的IP地址根本无法满足网络用户的需求,于是也就产生了NAT技术。
虽然NAT可以借助于某些代理服务器来实现,但考虑到运算成本和网络性能,很多时候都是在路由器上来实现的。

NAPT

NAPT(Network Address Port Translation),即网络端口地址转换,可将多个内部地址映射为一个合法公网地址,但以不同的协议端口号与不同的内部地址相对应,也就是<内部地址+内部端口>与<外部地址+外部端口>之间的转换。NAPT普遍用于接入设备中,它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。NAPT也被称为“多对一”的NAT,或者叫PAT(Port Address Translations,端口地址转换)、地址超载(address overloading)。
NAPT与动态地址NAT不同,它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上,同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的TCP端口号。NAPT算得上是一种较流行的NAT变体,通过转换TCP或UDP协议端口号以及地址来提供并发性。除了一对源和目的IP地址以外,这个表还包括一对源和目的协议端口号,以及NAT盒使用的一个协议端口号。
NAPT的主要优势在于,能够使用一个全球有效IP地址获得通用性。主要缺点在于其通信仅限于TCP或UDP。当所有通信都采用TCP或UDP,NAPT允许一台内部计算机访问多台外部计算机,并允许多台内部主机访问同一台外部计算机,相互之间不会发生冲突。[2]

NAT穿透方法

目前常用的针对UDP的NAT 穿透(NAT Traversal)方法主要有:STUNTURNICEuPnP等。其中ICE方式由于其结合了STUN和TURN的特点,所以使用最为广泛。针对TCP的NAT穿透技术目前仍为难点。实用的技术仍然不多。
 

NAT工作原理

借助于NAT,私有(保留)地址的"内部"网络通过路由器发送数据包时,私有地址被转换成合法的IP地址,一个局域网只需使用少量IP地址(甚至是1个)即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet的通信需求。
NAT将自动修改IP报文的源IP地址和目的IP地址,Ip地址校验则在NAT处理过程中自动完成。有些应用程序将源IP地址嵌入到IP报文的数据部分中,所以还需要同时对报文的数据部分进行修改,以匹配IP头中已经修改过的源IP地址。否则,在报文数据部分嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。

Nat-工作流程1
①如右图这个 client(终端) 的 gateway (网关)设定为 NAT 主机,所以当要连上 Internet 的时候,该封包就会被送到 NAT 主机,这个时候的封包 Header 之 source IP(源IP) 为 192.168.1.100 ;
②而透过这个 NAT 主机,它会将 client 的对外联机封包的 source IP ( 192.168.1.100 ) 伪装成 ppp0 ( 假设为拨接情况 )这个接口所具有的公共 IP ,因为是公共 IP 了,所以这个封包就可以连上 Internet 了,同时 NAT 主机并且会记忆这个联机的封包是由哪一个 ( 192.168.1.100 ) client 端传送来的;

Nat工作流程2
③由 Internet 传送回来的封包,当然由 NAT主机来接收了,这个时候, NAT 主机会去查询原本记录的路由信息,并将目标 IP 由 ppp0 上面的公共 IP 改回原来的 192.168.1.100 ;
④最后则由 NAT 主机将该封包传送给原先发送封包的 Client [2]  。
 

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