在我們企業(yè)在對(duì)外發(fā)布應(yīng)用系統(tǒng)或網(wǎng)站系統(tǒng)及用戶辦公上互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，針對(duì)公網(wǎng)IP地址不夠用的問題我們不知道如何解決，因?yàn)镮Pv4的數(shù)量只有2的32次方，大致42億左右，但這完全不能滿足我們用戶全公網(wǎng)IP的使用問題，因此NAT的出現(xiàn)正好彌補(bǔ)了公網(wǎng)IP不夠的問題，也間接的隱藏了企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，保護(hù)了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，那具體NAT是什么原理呢?我們下面將簡(jiǎn)單介紹一下。

一.NAT技術(shù)

1.NAT：全名“Network Address Translation”，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，它是一個(gè)IETF(Internet Engineering Task Force, Internet工程任務(wù)組)標(biāo)準(zhǔn)，允許一個(gè)整體機(jī)構(gòu)以一個(gè)公用IP(Internet Protocol)地址出現(xiàn)在Internet上。顧名思義，它是一種把內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)地址(IP地址)翻譯成合法網(wǎng)絡(luò)IP地址的技術(shù)，如下圖所示。因此我們可以認(rèn)為，NAT在一定程度上，能夠有效的解決公網(wǎng)地址不足的問題。

2.私有IP地址：也叫內(nèi)部地址，屬于非注冊(cè)地址，專門給企業(yè)或組織機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用。因特網(wǎng)分配編號(hào)委員會(huì)(IANA)保留了3塊IP地址做為私有IP地址：

10.0.0.0——10.255.255.255(10.0.0.0/8段)

172.16.0.0——172.16.255.255(172.16.0.0/16段)

192.168.0.0——192.168.255.255(192.168.0.0/16段)

以上三塊私有地址，我們企業(yè)內(nèi)部就可以合理規(guī)劃使用。

3.公有IP地址：也叫全局地址，是指合法的IP地址，它是在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商處登記備案分配的IP地址，對(duì)外代表一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部局部地址，是全球統(tǒng)一可尋的地址。

4.地址池：地址池是有一些外部地址(全球唯一的IP地址)組合而成，我們稱這樣的一個(gè)地址集合為地址池。在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包通過地址轉(zhuǎn)換到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將會(huì)在地址池中選擇某個(gè)IP地址作為數(shù)據(jù)包的源IP地址，這樣可以有效的利用用戶的外部地址，提高訪問外部網(wǎng)絡(luò)的能力。

直白來講，地址池就是公網(wǎng)ip的組合,例如65.34.23.0/26等等。

5.NAT的分類：NAT有三種類型：靜態(tài)NAT(Static NAT)、動(dòng)態(tài)地址NAT(Pooled NAT)、網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT(Port-Level NAT)。

二.NAT之簡(jiǎn)介

1.NAT源轉(zhuǎn)換及源端口NAT：

內(nèi)部地址訪問互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)無法對(duì)私有IP進(jìn)行回包的問題，導(dǎo)致無法完成網(wǎng)絡(luò)通信，NAT是將內(nèi)部地址轉(zhuǎn)換為公司、組織機(jī)構(gòu)或家庭的公網(wǎng)IP與外部通信的技術(shù)手段，具體如下圖：

以簡(jiǎn)單的家庭網(wǎng)絡(luò)為例(圖有點(diǎn)丑見諒)

上圖說明：

內(nèi)網(wǎng)：192.168.1.0/24

網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1

外網(wǎng)：PPPOE登錄驗(yàn)證通過后，分配的地址為214.86.234.58，某互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站服務(wù)器地址為219.86.24.45。

源NAT，內(nèi)部終端主機(jī)在訪問219.86.24.45服務(wù)器時(shí)，

源地址為:192.168.1.100，源端口隨機(jī)

目的地址為：219.86.234.45，目的端口80

目的地址在收到192.168.1.100的訪問請(qǐng)求以后給源地址回包，結(jié)果找不到私網(wǎng)路由，因此回不來。

源NAT技術(shù)的做法是，在達(dá)到網(wǎng)關(guān)后，將源地址替換為WAN口地址，路由器建立會(huì)話表，數(shù)據(jù)包變?yōu)?14.86.234.58 ，源端口為隨機(jī)端口，目的地址為219.86.24.45，目的端口為80，然后在服務(wù)器收到此數(shù)據(jù)包后，回包時(shí)，將源為219.86.24.45，源端口80，目的地址為214.86.234.58，端口為之前的隨機(jī)端口，回給互聯(lián)網(wǎng)，WAN收到數(shù)據(jù)包之后，查看會(huì)話表:

192.168.1.100---->214.86.24.45 <--------> 214.86.234.58----->219.86.24.45。因此根據(jù)此對(duì)應(yīng)關(guān)系將服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)包回給192.168.1.100.因此內(nèi)網(wǎng)機(jī)器就能夠與外部通信。

但此時(shí)有一個(gè)問題，內(nèi)網(wǎng)機(jī)器那么多，如果多個(gè)機(jī)器訪問同一個(gè)Web網(wǎng)站將會(huì)怎么樣呢?

因此PNAT，端口轉(zhuǎn)換技術(shù)將從端口區(qū)別內(nèi)網(wǎng)機(jī)器的訪問會(huì)話記錄，如下圖所示，

NAT會(huì)話表將內(nèi)網(wǎng)地址與外網(wǎng)ip的映射動(dòng)態(tài)記錄下來(會(huì)話時(shí)間過期，將會(huì)被清除)，然后根據(jù)端口來為內(nèi)網(wǎng)機(jī)器回復(fù)來自互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的回包。

通過這樣的會(huì)話表，利用一個(gè)公網(wǎng)IP的不同端口來解決企業(yè)幾百人的上網(wǎng)問題，有個(gè)問題會(huì)在此出現(xiàn)，假如人數(shù)過多65535個(gè)端口利用光了，導(dǎo)致某部分人上不了網(wǎng)怎么辦?但一般不會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，如果出現(xiàn)，那就利用2個(gè)公網(wǎng)ip進(jìn)行源端口的轉(zhuǎn)換，不行就3個(gè)，4個(gè)，直到夠用為止，一般2-3個(gè)絕對(duì)夠用了。

靜態(tài)NAT，源轉(zhuǎn)換的話就沒必要了，因?yàn)橐粚?duì)一的映射根本解決不了內(nèi)部終端上網(wǎng)的問題，主要應(yīng)用在目的映射，或目的端口映射中，下面我們將簡(jiǎn)單敘述一下目的NAT，及目的端口NAT。

2.NAT目的轉(zhuǎn)換及目的端口NAT：

目的NAT更多的是適用于公司或企業(yè)內(nèi)部對(duì)外提供服務(wù)的情況，靜態(tài)NAT可以為公司提供的多種服務(wù)進(jìn)行映射，從而將內(nèi)網(wǎng)服務(wù)通過目的映射的方式提供給互聯(lián)網(wǎng)用戶。假如IP地址不多的話，可以利用端口進(jìn)行服務(wù)的區(qū)分。

互聯(lián)網(wǎng)用戶來訪問我們提供的公網(wǎng)ip服務(wù)，我們將公網(wǎng)ip轉(zhuǎn)換為內(nèi)網(wǎng)實(shí)際提供服務(wù)的服務(wù)器IP，這就是目的NAT，當(dāng)然分為目的NAT和目的端口NAT。

例如：124.17.26.252 50005 ------訪問------->公網(wǎng)ip36.78.12.3:80端口，我們將公網(wǎng)ip36.78.12.3：80轉(zhuǎn)換為內(nèi)網(wǎng)ip 192.168.20.100:80，實(shí)際提供的真實(shí)服務(wù)的ip為內(nèi)網(wǎng)機(jī)器的ip。

為什么要用目的端口NAT，而不用目的NAT呢?

原因一：減少攻擊面，隱藏并保護(hù)內(nèi)網(wǎng)。因?yàn)殚_放10個(gè)端口與開放100個(gè)端口的安全性是不一樣的，如果做目的NAT，那么36.78.12.3這個(gè)ip即為192.168.20.100這臺(tái)服務(wù)器，你們的服務(wù)操作系統(tǒng)有多少漏洞的補(bǔ)丁沒打，這個(gè)我就不說了，哈哈!

原因二：提高外網(wǎng)IP利用率。

例如：假如你做了一個(gè)目的NAT映射，36.78.12.3 ---------------192.168.10.100 ，那么互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問36.78.12.3，就相當(dāng)于訪問了192.168.10.100的內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器，而且，操作系統(tǒng)漏洞那么多，別人一掃描，暴露了很多端口，然后探測(cè)系統(tǒng)版本，中間件版本，數(shù)據(jù)庫(kù)版本，如此等等。當(dāng)然，有人也許會(huì)說，那你在防火墻上做訪問控制不就好了，這樣做不就增加了工作量，增加了防火墻的負(fù)擔(dān)了嘛，因此，目的端口NAT，是省事省心的安全簡(jiǎn)便的做法。而且，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商分配的IP地址較少時(shí)，你的內(nèi)網(wǎng)對(duì)外發(fā)布的服務(wù)較多時(shí)，可以使用一個(gè)公網(wǎng)ip的不通端口來NAT不用的服務(wù)，如下所示：

如此等等。但為了服務(wù)安全，建議是服務(wù)盡量分離，因?yàn)槟稠?xiàng)服務(wù)的故障可能會(huì)影響其他服務(wù)，因此較為分散的服務(wù)是一種比較好的方式。

3.雙向NAT

原理圖如下：

Client 1 : A 202.1.1.2 --------------------> B server 1.1.1.1

轉(zhuǎn)換為

C：172.16.1.100 --------------> D server 172.16.1.2

這種雙向轉(zhuǎn)換，是將源ip及目的ip全部替換掉

源 202.1.1.2-------------訪問---------> 目的 1.1.1.1

轉(zhuǎn)換為

源 172.16.1.100 -------訪問---------> 目的 172.16.1.2

表面上A---訪問--->B ,實(shí)際上C----訪問----->D

在服務(wù)提供方做，隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，只對(duì)外提供1.1.1.1即可，有人也許會(huì)問，那做目的NAT不就可以了嘛，為什么還要把源地址都要轉(zhuǎn)換掉，我想可能是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)機(jī)密性較高，或者沒有做目的NAT而是內(nèi)部應(yīng)用服務(wù)，不允許任意訪問，而只允許172.16.1.100或者被轉(zhuǎn)換的源地址訪問吧。(此處感覺有點(diǎn)像VPN，從外部跳到內(nèi)網(wǎng)訪問內(nèi)部服務(wù)器的感覺)。

4.總結(jié)：

NAT技術(shù)不可否認(rèn)是在ipv4地址資源的短缺時(shí)候起到了緩解作用;在減少用戶申請(qǐng)ISP服務(wù)的花費(fèi)和提供比較完善的負(fù)載平衡功能等方面帶來了不少好處。但是在ipv4地址在以后幾年將會(huì)枯竭，NAT技術(shù)不能改變ip地址空間不足的本質(zhì)。然而在安全機(jī)制上也潛在著威脅，在配置和管理上也是一個(gè)挑戰(zhàn)。如果要從根本上解決ip地址資源的問題，ipv6才是最根本之路。在ipv4轉(zhuǎn)換到ipv6的過程中，NAT技術(shù)確實(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，相對(duì)其他的方案優(yōu)勢(shì)也非常明顯。