第11章 网络地址转换(NAT)

网络地址转换概述NAT最初是为了给企业内部的私有网络（Local Area Network，简称LAN）提供连接互联网的能力而开发的。

LAN内部的设备使用私有IP地址，这些地址在互联网上是不可识别和无法路由的。

因此，NAT设备位于LAN和互联网之间，充当了一个中间转换器的角色。

NAT设备负责将私有IP地址转换为公共IP地址，以便让LAN内的设备能够与互联网上的设备进行通信。

NAT技术主要包括如下几种类型：1. 静态NAT（Static NAT）：将一个私有IP地址映射到一个公共IP地址。

这种类型的NAT适用于需要将特定设备映射到公共网络的场景，比如Web服务器等。

静态NAT通常使用网络地址/端口转换（Network Address/Port Translation，简称NAPT）技术，使多个设备通过同一个公共IP地址进行网络访问。

2. 动态NAT（Dynamic NAT）：将一组私有IP地址映射到一组可用的公共IP地址。

这种类型的NAT适用于需要多个设备共享有限数量的公共IP地址的场景，比如家庭网络或小型企业网络。

3. PAT（端口地址转换，Port Address Translation）：是一种特殊的动态NAT，它通过将多个私有IP地址映射到同一个公共IP地址，使用不同的端口号来区分不同的设备。

PAT技术被广泛应用于家庭网络和小型企业网络中。

NAT的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.设备发送数据包：当LAN内的设备发送数据包到互联网上的目标设备时，首先数据包会从源设备发送到NAT设备。

2.NAT转换IP地址：NAT设备检查数据包中的源IP地址，如果是私有IP地址，则将其转换为公共IP地址。

同时，NAT设备还会记录下这个转换关系，以便在接收到目标设备的响应时，能够将公共IP地址转换回对应的私有IP地址。

3.转发数据包：NAT设备将转换后的数据包发送到互联网上的目标设备。

4.目标设备响应：当互联网上的目标设备接收到数据包后，将生成响应并将其发送回源设备。

实验11：NAT（网络地址转换）配置一、实验目的熟悉IP 地址的划分及网络子网掩码的计算；熟悉NAT 转换的原理；基于NAT，实现内网主机访问外网服务。

二、实验环境packet tracer 5.0三、实验拓扑四、NAT 介绍网络地址转换(NAT,Network Address Translation)被广泛应用于各种类型Internet 接入方式和各种类型的网络中。

原因很简单，NAT 不仅完美地解决了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。

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。

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。

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。

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。

⽹络地址转换详解——NAT⽬录1.背景：当地时间2019年11⽉25⽇晚间，欧洲⽹络信息协调中⼼（RIPE NCC）在⼀份邮件之中确认，他们从可⽤池中最后剩余地址进⾏了最终的/22 IPv4分配。

⾄此，国际互联⽹名称和编号分配公司(ICANN)已经⽤完了全部的IPv4地址。

尽管IPv6可以从根本上解决IPv4地址空间不⾜的问题，但⽬前众多的⽹络设备和⽹络应⽤仍是基于IPv4的，因此在IPv6⼴泛应⽤之前，⼀些过渡技术的使⽤是解决这个问题的主要技术⼿段。

NAT 英⽂全称 “Network Address Translation”，中⽂意思是“⽹络地址转换”，它是⼀个 IETF(Internet Engineering Task Force, Internet ⼯程任务组) 标准，允许⼀个整体机构以⼀个公⽤ IP（Internet Protocol）地址出现在 Internet上。

它是⼀种把内部私有⽹络地址（IP 地址）转换成全局⽹络 IP 地址的技术。

能在⼀定程度上解决IPV4地址不够⽤的问题。

2.NAT 主要可以实现的功能：数据伪装：可以将内⽹数据包中的地址信息更改成合法的⽹关对外地址信息，不让内⽹主机直接暴露在因特⽹上，保证内⽹主机的安全。

同时，该功能也常⽤来实现共享上⽹。

端⼝转发：当内⽹主机对外提供服务时，由于使⽤的是内部私有 IP 地址，外⽹⽆法直接访问。

因此，需要在⽹关上进⾏端⼝转发，将特定服务的数据包转发给内⽹主机（外⽹主动访问内⽹的情况，外⽹⽤户必须要知道访问那个端⼝可以跳到要访问的主机上）。

负载均衡：⽬的地址转换 NAT 可以重定向⼀些服务器的连接到其他随机选定的服务器。

失效终结：⽬的地址转换 NAT 可以⽤来提供⾼可靠性的服务。

如果⼀个系统有⼀台通过路由器访问的关键服务器，⼀旦路由器检测到该服务器当机，它可以使⽤⽬的地址转换 NAT 透明的把连接转移到⼀个备份服务器上。

透明代理：NAT 可以把连接到因特⽹的 HTTP 连接重定向到⼀个指定的 HTTP 代理服务器以缓存数据和过滤请求。

NAT（地址转换技术）详解NAT产⽣背景今天，⽆数快乐的互联⽹⽤户在尽情享受Internet带来的乐趣。

他们浏览新闻，搜索资料，下载软件，⼴交新朋，分享信息，甚⾄于⾜不出户获取⼀切⽇⽤所需。

企业利⽤互联⽹发布信息，传递资料和订单，提供技术⽀持，完成⽇常办公。

然⽽，Internet在给亿万⽤户带来便利的同时，⾃⾝却⾯临⼀个致命的问题：构建这个⽆所不能的Internet的基础IPv4协议已经不能再提供新的⽹络地址了。

2011年2⽉3⽇中国农历新年， IANA对外宣布：IPv4地址空间最后5个地址块已经被分配给下属的5个地区委员会。

2011年4⽉15⽇，亚太区委员会APNIC对外宣布，除了个别保留地址外，本区域所有的IPv4地址基本耗尽。

⼀时之间，IPv4地址作为⼀种濒危资源⾝价陡增，各⼤⽹络公司出巨资收购剩余的空闲地址。

其实，IPv4地址不⾜问题已不是新问题，早在20年以前，IPv4地址即将耗尽的问题就已经摆在Internet 先驱们⾯前。

这不禁让我们想去了解，是什么技术使这⼀危机延缓了尽20年。

要找到问题的答案，让我们先来简略回顾⼀下IPv4协议。

IPv4即⽹际⽹协议第4版——Internet Protocol Version 4的缩写。

IPv4定义⼀个跨越异种⽹络互连的超级⽹，它为每个⽹际⽹的节点分配全球唯⼀IP地址。

如果我们把Internet⽐作⼀个邮政系统，那么IP地址的作⽤就等同于包含城市、街区、门牌编号在内的完整地址。

IPv4使⽤32bits整数表达⼀个地址，地址最⼤范围就是232 约为43亿。

以IP创始时期可被联⽹的设备来看，这样的⼀个空间已经很⼤，很难被短时间⽤完。

然⽽，事实远远超出⼈们的设想，计算机⽹络在此后的⼏⼗年⾥迅速壮⼤，⽹络终端数量呈爆炸性增长。

更为糟糕的是，为了路由和管理⽅便，43亿的地址空间被按照不同前缀长度划分为A,B,C,D类地址⽹络和保留地址。

其中，A类⽹络地址127段，每段包括主机地址约1678万个。

NAT的原理及主要应用1. NAT的原理网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是一种网络通信协议，它的主要功能是将私有网络中的IP地址转换为公网IP地址，实现内网与外网之间的通信。

NAT的原理可以简单概括为以下几个步骤：1.NAT设备收到内网主机发出的数据包。

2.NAT设备检查源IP地址，并从NAT表中查找与之对应的公网IP地址。

如果没有找到匹配项，则为该内网主机分配一个公网IP地址。

3.NAT设备修改数据包的源IP地址为映射后的公网IP地址，同时在NAT表中记录映射关系。

4.NAT设备将修改后的数据包发送到公网。

5.外部主机收到数据包后，将其返回给公网IP地址。

6.NAT设备收到返回的数据包后，检查目标IP地址，并根据NAT表中的映射关系，将数据包的目标IP地址修改为内网主机的IP地址。

7.NAT设备将修改后的数据包发送到对应的内网主机。

2. NAT的主要应用2.1 内网访问外网NAT最常见的应用场景就是实现内网中的主机访问互联网。

当内网主机请求访问外部服务器时，NAT设备会将请求数据包的源IP地址修改为公网IP地址，这样外部服务器就能正确地将响应发送回内网主机。

2.2 隐藏内网拓扑结构NAT能够隐藏内网的拓扑结构，提高了网络的安全性。

因为NAT设备在转换IP地址时，会修改数据包的源地址和目标地址，使得外部主机无法直接访问到内网，从而达到了一定的安全防护效果。

2.3 解决公网IP短缺问题由于IPv4地址资源有限，公网IP地址数量有限，而内网中的主机数量通常较多。

NAT通过有效地利用公网IP地址，将多个内网主机使用同一个公网IP地址进行通信，解决了公网IP短缺的问题。

2.4 端口转发NAT还可以实现端口转发，将外部主机的请求转发到内网特定主机的指定端口上。

这在服务器架设和远程访问等场景中非常有用。

NAT会根据设置的映射规则，将外部主机的请求转发到对应的内网主机。

网络防火墙的网络地址转换配置指南网络地址转换（Network Address Translation，简称NAT）是一种在计算机网络中将内部私有网络的IP地址转换为外部公共网络的IP地址的技术。

它具有重要的网络安全功能，如隐藏内部网络、将外部攻击限制在特定范围内等。

在配置网络防火墙的NAT时，需要考虑许多因素，包括网络拓扑、外部访问需求、合规性要求等。

本文将提供一个网络防火墙的NAT配置指南。

1.设计网络拓扑在配置NAT之前，需要先设计网络拓扑。

确定是否需要单一防火墙或多个防火墙，确定内部网络和外部网络的连接方式，例如直接连接、VPN连接等。

网络拓扑设计将决定后续NAT配置的复杂性和灵活性。

2.选择NAT类型根据网络需求，选择适当的NAT类型。

常见的NAT类型包括静态NAT、动态NAT和PAT（端口地址转换）。

静态NAT将内部私有IP映射为外部公共IP，适用于需要固定映射关系的场景。

动态NAT动态地将内部私有IP映射为外部公共IP，适用于多个内部IP地址与一个或多个外部IP地址之间的映射关系。

PAT通过将内部端口号映射到外部端口号，支持多个内部私有IP地址共享一个外部公共IP地址。

3.制定IP地址规划在配置NAT之前，需要制定IP地址规划。

确定内部私有IP地址的范围，并与网络中的其他设备（如路由器、交换机）进行协调。

确保使用的IP地址与其他设备不冲突，并避免使用保留IP地址或无效IP地址。

4.配置网络防火墙根据所选的NAT类型和IP地址规划，配置防火墙实现NAT功能。

大多数网络防火墙都提供GUI界面，可以通过图形化界面配置NAT规则。

在配置时，应遵循以下步骤：a.创建NAT规则：根据需求，创建适当的NAT规则。

静态NAT需要为每个内部IP地址和对应的外部IP地址创建规则。

动态NAT需要创建内部网络和外部网络之间的规则。

PAT需要配置内部网络和外部网络之间的规则以及端口转换规则。

b.配置源地址转换：根据所需的源地址转换配置，将内部私有IP地址转换为外部公共IP地址。

NAT网络地址转换网络地址转换（Network Address Translation，简称NAT）是一种网络传输协议，它能将一个私有网络中的IP地址转换为公有网络中的IP地址，实现对内网主机的访问与对外网的互联互通。

本文将探讨NAT网络地址转换的定义、工作原理、应用场景以及存在的一些问题。

一、定义网络地址转换（NAT）是一种网络协议，它使得一组私有IP地址映射到一个公有IP地址，以实现内部网络对外部网络的通信。

NAT常用于将局域网中的私有IP地址转换为可以在互联网上传输的公有IP地址，从而解决IP地址不足的问题。

二、工作原理NAT通过在网关设备上进行地址转换，将私有IP地址转换为公有IP地址。

其主要分为静态NAT和动态NAT两种模式。

1. 静态NAT静态NAT是指将一个私有IP地址与一个公有IP地址进行固定的一对一映射，即私有IP地址与公有IP地址之间的映射关系是静态设定的，不会发生变化。

这种模式适用于需要将特定的内部主机暴露到公网上的场景，如Web服务器。

2. 动态NAT动态NAT是指将一个私有IP地址与一个公有IP地址进行临时的一对一映射，映射关系是动态设定的，根据连接请求和IP地址池的可用情况进行选择。

这种模式适用于多个内部主机需要同时与外网通信的场景。

三、应用场景NAT作为一种网络协议，在实际应用中有着广泛的应用场景。

1. IP地址转换NAT可以将私有IP地址转换为公有IP地址，解决IPv4地址不足的问题。

通过将一组内网主机的私有IP地址映射为一个公有IP地址，实现了内网主机与外网的通信。

2. 内网对外网访问通过NAT技术，内网主机可以主动发起到外网的连接，实现对外网的访问。

这对于企业内部员工需要上网冲浪、访问外部资源等情况非常重要。

3. 保护内网安全NAT还可以用于保护内网的安全。

通过将内网主机的私有IP地址隐藏在公网IP地址后面，防止直接暴露在公网上，提高了内网的安全性。

四、存在的问题尽管NAT在解决IPv4地址不足、内网对外网访问和保护内网安全方面有着广泛的应用，但也存在一些问题。