小白也能懂技术——nat地址转换科普

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IP地址只有32位，满打满算只有42.9亿个地址，还要去掉保留地址、组播地址，能用得只有36亿左右，IPv4很早就被列强瓜分完毕，感谢有NAT这项技术苦苦支撑，我们还可以继续在互联网遨游。

公司局域网、机构局域网、个人局域网可以使用私网IPv4地址（10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16），然后在各个局域网的边界WAN口使用一个或多个公网IPv4进行一对多的转换。

如果是一对一转换，那压根节省不了IPv4地址空间；所以一般NAT都是一对多的，即一个公网IPv4映射多个私网IPv4，那问题来了，NAT设备如何区分不同的私网IPv4 的host呢？

NAT使用基于session 转换规则：

对于TCP/UDP 使用

Host 's 私有IPv4 + Port <------> NAT 公网IPv4 + Port

对于ICMP使用

Host 's 私有IPv4 + session ID <------> NAT 公网IPv4 + session ID

规则其实非常好理解，由于session ID 在NAT设备上是独一无二的，所以NAT可以很容易区别局域网内部的不同host。

至于其它传输协议，NAT使用的也是类似session ID 的转换规则，即使用可以将不同host 轻易分辨出来的字段做键值（KEY），动态创建映射表项，做双向的地址+ KEY 的转换。

何时使用NAT?

因为NAT能够减少在网络环境中所需的公共IP地址需求，因此当两家公司重复内部地址合并时，这一技术是很有帮助的。当组织改变其Internet服务供应商（ISP），但网络管理员不想改变内部地址方案时，NAT也是一个很好用的工具。

以下是应用NAT的场景：

用户需要访问Internet但主机没有全球唯一的IP地址

用户更改ISP需要对网络重新编号

用户需要合并地址重复的内网

通常NAT应用于边界路由器。例如，下图中NAT应用于企业连接到Internet的路由器上：

                               
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NAT实现细节：

下图中，主机10.1.1.1将报文发送到有NAT功能的边界路由器。路由器将源IP地址识别为内部本地IP地址，在报文中转换源IP地址，并在NAT表中记录此次转换。

配有新转换源地址的报文发送到外部接口。外部主机将报文发送给目的主机并且NAT路由器通过NAT表将内部全局IP地址转换回内部本地IP地址。

                               
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PAT方式中，所有内部主机都转换为一个IP地址。如下图所示，除了内部本地IP地址和内部全局IP地址以外，还多了一个端口号。端口号帮助路由器识别哪一台主机应当收到返回数据。路由器使用来自各主机的源端口好来区别他们各自发出的数据。注意当报文离开路由器时有一个目标端口号80，而HTTP服务器将报文发回时目的端口号为1026。从而允许NAT转换路由器区别NAT表中的主机然后将目的IP地址转换回内部本地地址。

本例中，端口号在传输层用户识别本地主机。如果必须要使用真实全局IP地址来识别源主机，那就只能通过静态NAT，并且会用光所有地址。PAT允许我们在传输层识别主机，从而理论上一个真实IP地址可被65，000台主机共享。

                               
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想了解更多的小伙伴可以阅读《一文讲述NAT服务与防火墙技术》https://www.xinruiyun.cn/nat/1971.html