第八章：网络地址转换(NAT)

第八章 网络地址转换
（理论课时长：6 （理论课时长：6节）
主讲教师：赵怀明 主讲教师：
江西工业职业技术学院
信息工程分院赵怀明教师Βιβλιοθήκη Baidu2009年02月28日 年 月 日
第八章： 第八章：网络地址转换
【教学目的】：通过本章的学习，让学生知道为什么 要进行地址转换、知道解决IP地址不足的四种措施、 知道私有地址和公有地址的分类；掌握网络地址转换 的基本原理，掌握网络地址转换的四种类型；掌握静 态网络地址转换的配置和应用；进一步领会动态地址 转换和端口地址转换的配置和应用。 【重点难点】 –重点：为什么要进行网络地址转换、静态网络地 址转换的原理和配置。 –难点：动态和端口地址转换的原理和配置
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
二 、私有地址和公有地址
（1）、私有地址是指内部网络（局域网内部）的主机地址， 是指与外部地址相独立的地址域。RFC 1918 为私有、内部使用 保留了A类、B类、C类地址范围各一个。按IANA的规定，私有网 络地址不会在因特网上被分配，而是在一个企业（局域网）内部 使用。各个企业可根据其身身需要来选择一个合适的网络地址。 不同的企业，他们的内部网络地址可以相同。 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 （2）公有地址：是局域网的外部地址（在因特网上的全 球唯一的IP地址）
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
TCP负载平衡 由外向内的翻译） 负载平衡（ 五 、TCP负载平衡（由外向内的翻译）
以上所有操作是将多个内部地址映射到一个全球地址，从而让内 部多台主机能够利用一个合法的全球地址访问 Internet。和以上操作 不同，TCP负载均衡可以将一个全球地址映射到内部网络的多个地址， 从而实现在多台提供相同服务的主机间进行均衡会话。
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
动态NAT 三 、动态NAT
动态地址NAT是在外部网络中定义了一系列的合法地址，采用动态 分配的方法映射到内部网络。动态地址转换也是将全局地址与内部合 法地址进行一对一的转换，但是动态地址转换是从内部合法地址池选 择一个未使用的内部全局合法地址对内部本地地址进行转换。 当一个局域网中有100台主机，而用户申请到了30个内部合法全球 地址，此时就可以采用动态NAT进行地址转换，使得局域网内的任意30 个用户均可以同时上网。但当内部同时上网的用户多于30个时，因为 NAT转换表中的内部合法全球地址已经被全部使用完毕，后面的用户将 不能访问外网，除非其他用户退出外网访问。
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
（1）内部主机 192.168.1.2 与外部主机通信时，路由器会将内部主 机的身份隐藏起来，将数据包的源地址修改成ISP服务端提供的内部合 法全球IP地址（11.11.11.12），然后再将数据包转发给外部网络。 （2）外部网络要与内部主机 192.168.1.2 通信时，数据包的目的地 址不是 192.168.1.2 ，而是ISP提供的合法全球IP地址 （11.11.11.12），数据包达到NAT路由器时，路由器会根据“NAT转换 表”修改数据包的目的地址，将将数据包转发给指定的内部主机 （192.168.1.2） 静态NAT并不能解决IP地址缺乏问题，这种地址转换技术是出于安 全考虑，是为了隐藏内部主机的真实身份。这种技术的主要原理是为 每一个需要做地址转换的报文分配一个公有网络IP地址（内部全局合 法地址），使用这个IP地址替换原来的报文的源地址。
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
端口地址转换（PAT）或复用动态NAT 四 、端口地址转换（PAT）或复用动态NAT
NAT路由器最强大的功能是它们能支持端口地址转换（Port Address Translation，PAT）或者说支持复用动态NAT，PAT能使多个 内部地址映射到同一个全球地址，所以PAT有时也被称为“多对一NAT”。 使用PAT可以让成千上万的私有地址使用一个全球地址访问Internet。 NAT设备通过映射TCP和UDP端口号来跟踪和记录不同的会话。 NAT复用可以大大减少全球IP地址消耗，但它的能力是有限的。因 为它的能力有限，所以PAT经常与一个到NAT地址池的动态映射一起使 用。这样NAT设备可以先用一对一的动态映射，直到可能的地址几乎被 耗尽，然后NAT将复用剩余的地址。在Cisco路由器上，NAT将首先复用 地址池中的第一个地址，直到达到能力极限，再复用第二个地址，并 且依次类推。
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
网络地址转换（NAT） 四 、网络地址转换（NAT）的定义
网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是用 于将一个地址域（如企业内部网Intranet）映射到另一个地址域 （如国际互联网Internet）的标准方法。Nat允许一个机构专用 Intranet 中的主机透明地连接到公共域中的主机，无需内部主 机全部拥有注册的 Internet 地址。 NAT允许一个机构以一个地址出现在Internet上。 NAT可以应用到防火墙技术里，把个别IP地址隐藏起来不被 外界发现，使外界无法直接访问内部网络设备。 采用NAT技术，可以超越地址的限制，合理地安排网络中的 公有Internet 地址和私有IP地址的使用。
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第八章： 第八章：网络地址转换
【教学内容】
– – – – – – – – – 为什么需要进行网络地址转换 解决IP不足的四大措施 公有地址和私有地址 网络地址转换的定义 网络地址转换原理 网络地址转换类型 静态地址转换的原理和配置 动态地址转换的原理和配置 端口地址转换的原理和配置
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
在内部主机连接到外部网络时，当第一个数据包到达NAT路由器时， router 检查它的NAT转换表，然后router将数据包的内部本地地址 （源地址）更换成内部全局合法地址，再转发出去。外部主机接受到 数据包后用接受到的内部全局合法地址来响应，NAT接受到外部回来的 数据包，再根据NAT表把地址翻译成内部本地地址，转发给内部指定主 机。
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
NAT有四种类型 有四种类型： 一、NAT有四种类型：
（1）静态NAT （2）动态NAT （3）端口地址转换 （4）TCP负载平衡
静态NAT 二 、静态NAT
在静态NAT配置中，内部网络中的每个主机都被永久映射成外部网 络中的某个合法地址（是ISP服务商提供的合法的全球IP地址）。静态 地址转换将内部本地地址与内部全局合法地址进行一对一的转换，且 需要指定和哪个合法地址进行转换。如果内部网络有E_MAIL服务器、 WWW服务器或FTP服务器等可以为外部用户提供的服务，这些服务器的 IP地址必须采用静态地址转换，以便外部用户可以使用这些服务。
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
在使用NAT时，Internet上的主机表面上看起来是直接与NAT 设备通信，而非与专用网络中实际的主机通信。输入的数据包被 发送到NAT设备的IP地址上，并且NAT设备将目的包头地址由自己 的Internet地址变为真正的目的主机的专用网络地址。而结果是， 理论上一个全球唯一IP地址后面可以连接几百台、几千台乃至几 百万台拥有专用地址的主机。 Nat 在常用网络协议上对用户实现“透明”，支持的协议包 括HTTP、Gopher、Telnet、POP、SMTP、IMAP等。但是它存在某 些缺陷，比如，IP安全架构不能跨NAT设备使用，因为包含原始 IP 源地址的原始包头采用了数字签名。如果改变源地址的话， 数字签名将不再有效。
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第二部分： 第二部分：NAT分类 分类
当外部主机对 11.11.11.12 地址请求WEB服务时，会 话将会在内部两台提供相同服务的WEB服务器 （192.168.1.2 、192.168.1.3）之间交替，从而可以更好 地为外网客户提供快速的服务。 NAT路由器接受外部主机的请求并依据NAT表建立与内 部主机的连接，把内部合法（目的地址，在此为： 11.11.11.12）翻译成内部局部地址，并转发数据包到内部 主机（可能将数据包转给 192.168.1.2 ，也有可能将数据 包转发给 192.168.1.3），内部主机接受包并做出响应。
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
三 、私有地址与公有地址之间的转换
私有地址是不会在Internet上看见的，使用私有地址 转换的主机是不能直接访问Internet的，同样的道理，在 Internet上也不可能访问到使用私有地址的主机，如果局 域网内的计算机要访问Internet，他就不应该采用私有地 址，而是公有地址----但公有IP地址资源是有限的，许多 局域网内的计算机不得不采用私有地址。解决这个矛盾的 方法就是网络地址转换 网络地址转换。 网络地址转换
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
NAT地址转换的工作原理 五 、NAT地址转换的工作原理
NAT是一个IETF标准，它使得一个私有网络可以通过 Internet注册IP连接到外部世界，从而使一个使用私有地 址的网络中的主机可以以合法地址出现在Internet上，位 于Inside网络和Outside网络边界上的NAT路由器在发送数 据包之前，负责把内部私有IP地址翻译成内部全局合法IP 地址，反之亦然。它也可以应用到防火墙技术里，把个别 IP地址隐藏起来不被外部发现，使外界无法直接访问内部 网络，从而对内部网络设备起到保护的作用，同时，它还 帮助网络可以超越地址的限制，合理地安排网络中的公有 地址和私有IP地址的使用。
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
Nat技术的工作原理如下图所示。Nat路由器被置于内部网和Internet的 边界上，并且在数据包发送到外部网络之前将数据包的源地址转换为 Internet上的合法地址。当多个内部主机共享一个合法的Internet上的 IP地址时，地址转换是通过端口多路复用技术即改变外出数据包的源端 口并进行端口映射来完成的。
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第一部分： 第一部分：NAT概述 概述
解决IP IP地址不足的四种措施 一、解决IP地址不足的四种措施
（1）、VLSM（可变长子网掩码技术）：是一种产生不 同大小子网的网络分配机制。它将一个标准网络分成不同 大小的多个子网，从而使得一个标准网络内可以配置多个 不同长度的子网掩码。 （2）、CIDR（无类域间路由技术）：通过CIDR技术， 可以将多个连续的C类网络合并成一个超网，满足大型企业 对IP地址的需求（一般应用于路由器） （3）NAT（网络地址转换）：使众多的内部主机能使 用一个internet合法地址连接互联网。 （4）IPv6：是终极解决方案。
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第八章： 第八章：网络地址转换
【教学方法】 –教学方式：多媒体教学 –教学方法：案例分析+视频教学 通过对比分析让学生掌握静态地址转换、动态地址转 换和端口地址转换的不同和必要性。 利用视频教学资料，使学生在任何时间和地点能重温 教学内容，尽一步掌握静态地址转换、动态地址转换 和端口地址转换的配置和应用。 通过上机实验让学生在boson模拟器的支持下完成静态 网络地址转换的实际配置和应用。