网络地址转换(NAT)详解
NAT详解课件(PPT演示)
实例效果
D 内网用户通过NAT服务器成功访问公网资源，
NAT服务器记录转换日志便于排查问题。
05 NAT故障排除与诊断
常见NAT故障现象及原因
01
02
03
无法实现地址转换
可能是由于NAT配置错误、 地址池耗尽或网络设备故 障等原因导致。
网络性能下降
NAT处理过程中可能出现 性能瓶颈，如CPU占用率 高、内存不足等，导致网 络传输延迟和抖动。
在出口路由器上应用NAT 配置，`ip nat inside`和`ip nat outside`分别指定内外 网接口。
动态NAT配置注意事项
确保内部本地地址与内部全 局地址不重叠，以避免地址 冲突。
合理规划公网IP地址池，确 保足够的地址资源供NAT转 换使用。
在配置动态NAT映射时，注 意访问控制列表的匹配条件， 确保需要转换的地址能够被 正确匹配。
03
NAPT（Network Address Port Translation，网络地址 端口转换）：除了转换IP地址外，还同时转换端口号，实 现多个私有网络主机共享一个公网IP地址。适用于公网IP 地址资源紧张的场景。
NAT应用场景及优势
应用场景：家庭网络、企业网络、运营商网络等需要实现私 有网络地址与公网地址转换的场景。 优势 缓解IPv4地址短缺问题，提高公网IP地址利用率。 隐藏内部网络结构，提高网络安全性。 实现网络地址与端口的复用，降低网络成本。
NAT技术展望与发展趋势
IPv6与NAT
NAT与云计算
随着IPv6的普及，NAT的需求将逐渐减少 ，但NAT技术仍将在某些场景下发挥作用 。
在云计算环境中，NAT技术可以帮助实现 虚拟机之间和虚拟机与外部网络之间的通 信。
网络地址转换协议NAT详解
网络地址转换协议NAT详解网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是一种在计算机网络中向本地网络中的多个主机分配多个公共IP地址的技术。
NAT技术在IPv4网络中得到广泛应用，它的主要用途是使本地网络能够共享有限的公共IP地址。
NAT将私有IP地址转换为公共IP地址，使得内网中的多台计算机可以通过共享公共IP地址与公网进行通信。
NAT技术在路由器上实现，它会维护一个地址转换表，记录着内部主机与外部网络之间的映射关系。
NAT可以实现以下功能：1.IP地址转换：NAT通过将内网中的私有IP地址转换为合法的公共IP地址，实现内网与外网之间的通信。
2.IP地址共享：通过使用NAT，多个内部主机可以共享一个公共IP 地址，减少了公共IP地址的消耗。
3.安全性增强：NAT可以隐藏内网主机的真实IP地址，外部网络无法直接访问内网主机，从而提高了网络的安全性。
4.端口转换：NAT还可以实现端口转换，使得多个内网主机可以使用同一个公共IP地址与外部网络进行通信。
NAT的工作原理如下：1.内网主机向外网发送数据包时，数据包中的源IP地址会被NAT路由器替换为公共IP地址。
2.NAT路由器在转发数据包之前，将原始源IP地址和端口加入地址转换表，并为该连接分配一个公共IP地址和端口。
3.当外部主机回复数据包时，数据包中的目标IP地址是公共IP地址，NAT路由器会根据地址转换表将数据包转发给对应的内网主机。
4.NAT路由器会周期性地检查地址转换表中的转换规则是否过期，并删除不再活跃的连接。
尽管NAT在一定程度上解决了IPv4地址枯竭的问题，但也带来了一些问题和限制：1.限制了网络应用：由于NAT对于网络应用的支持不完全，一些对于特定端口或协议的网络应用可能无法正常工作。
2.不利于点对点连接：NAT增加了网络通信的复杂性，不利于建立点对点的连接。
3. 不支持IPSec：由于NAT会修改IP报文的源IP地址，导致与IPSec等加密协议不兼容。
网络地址转换概述
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。
网络地址转换(NAT)详解
网络地址转换(NAT,Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术,是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,它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。
l.NAT简介借助于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（对于ICMP，NAT也自动完成地址转换）。
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，在报文数据都分别嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。
2.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。
第4章 网络地址转换(NAT)
第4章网络地址转换（NAT）⏹NAT概述随着网络的发展，公用IP地址的需求与日俱增。
为了缓解公用IP地址的不足，并且保护公司内部服务器的私网地址，可以使用NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术将私网地址转化成为公网地址，缓解IP地址的不足，并且隐藏内部服务器的私网地址。
⏹NAT的概述与现实方式1.NAT概念网络地址转换（NAT）通过将内部网络的私有IP地址翻译成全球唯一的公网IP地址，使内部网络可以连接到互联网等外部网络上，广泛应用于各种类型的互联网接入方式和各种类型的网络中。
原因很简单，NAT不仅解决了IP地址不足的问题，而且还能够隐藏内部网络的细节，避免来自网络外部的攻击，起到一定的安全作用。
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，这样一个局域网只需要少量地址（甚至是一个），即可实现使私有地址网络中的所有计算机与互联网的通信需求。
2.NAT的实现方式NAT的实现方式有以下三种：静态转换（Static Translation）动态转换（Dynamic Translation）端口多路复用（Port Address Translation，PAT）静态转换IP地址的对应关系是一对一且不变的，并没有节约公用IP地址，只是隐藏了主机的真实地址。
动态转换虽然在一定情况下节约了公用IP地址，但是当内部网络同时访问Internet的主机数大于合法地址池中的IP地址数时就不适用了。
端口多路复用可以使所有的内部网络主机共享一个合法的外部IP地址，从而最大限度的节约IP地址资源。
由于动态转换形成的IP地址的对应关系是不确定的、随机的；端口多路复用使用的是端口号的转换，也是不确定的，所以内网服务器不能使用这两种转换方式，这是由于外网用户无法确定服务器合法的公网IP地址，导致无法访问服务器。
这时使用静态转换将私有IP地址转换为固定的合法的IP地址，这样服务器有了固定的合法的公网IP地址，才能实现外网的访问。
网络地址转换详解——NAT
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功能描述
nat功能描述
Nat是Network Address Translation（网络地址转换）的缩写，
是一种实现IPv4地址重用的技术。
它将内部网络中的私有IP
地址转换为公共IP地址，使得多个内部设备可以共享公共IP
地址访问互联网。
Nat功能的描述如下：
1. 地址转换：Nat通过将内部设备的私有IP地址映射为公共
IP地址，实现网络地址的转换。
内部设备可以通过公共IP地
址与外部网络通信，而外部网络只能看到公共IP地址，无法
直接访问内部设备的私有IP地址。
2. IP伪装：Nat可以隐藏内部网络的真实IP地址，提高网络
安全性。
外部网络无法直接了解内部网络的IP地址范围，只
能看到公共IP地址，从而增加了网络的隐私性。
3. 连接复用：Nat可以实现多个内部设备共享一个公共IP地址。
它通过在转换时使用不同的端口号来区分不同的内部设备，从而在公共IP地址上支持多个内部设备与外部网络的通信。
4. 统一出口：Nat将内部设备的请求汇集为一个公共IP地址，从而实现了统一的出口。
这样，对外部网络而言，内部网络的所有设备都通过同一个IP地址与其通信，提高了网络的效率
和管理。
5. 网络管理：Nat可以提供网络管理功能，包括端口转发、负
载均衡等功能。
它可以根据网络需求，将外部网络的请求转发到合适的内部设备上，从而实现灵活的网络管理。
总之，Nat功能可以提供IPv4地址重用、网络安全性、多设备共享公共IP地址、统一出口和网络管理等功能，使得内部网络能够更好地与外部网络通信和管理。
NAT网络地址转换
NAT⽹络地址转换⼀、NAT基本概念1）技术背景IPv4地址已经耗尽。
局域⽹⽤户普遍使⽤私有IPv4地址，如何访问公⽹。
局域⽹中使⽤私有IPv4地址的服务器如何对公⽹提供服务。
若需要对外隐藏内⽹的IP，同时内⽹的特定服务器⼜需对外提供服务该如何实现。
2）公⽹IP地址及私有IP地址公⽹地址：公⽹地址是指可以在Internet上使⽤的地址。
为保证整个Internet内的IP地址的唯⼀性，公⽹地址由IANA（Internet Assigned Number Authority）这个国际组织负责分配。
⼀台⽹络设备如果需要使⽤公⽹地址，就必须向ISP（Internet Service Provider）或注册中⼼申请。
私有地址：为了满⾜⼀些实验室、公司或其他组织的独⽴于Internet之外的私有⽹络的需求，RFCA（Requests For Comment）1918为私有使⽤留出了三个IP地址段。
私有地址不能在Internet上被分配，因⽽可以不必申请就可以⾃由使⽤。
私有IPv4地址空间A类10.0.0.010.255.255.255（10.0.0.0/8）B类172.16.0.0172.31.255.255（172.16.0.0/12）C类192.168.0.0192.168.255.255（192.168.0.0/16）3）什么是NATNAT（Network Address Translator）的主要原理是通过解析IP报⽂头部，⾃动替换报⽂头中的源地址或⽬的地址，实现私⽹⽤户通过私⽹IP访问公⽹的⽬的。
私⽹IP转换为公⽹IP的过程对⽤户来说是透明的。
4）NAT的优缺点优点缺点缓解公⽹地址紧缺问题存在转发延迟解决IP地址冲突或重叠的问题端到端寻址变得困难⽹络扩展性更⾼，本地控制也更容易某些应⽤不⽀持NAT内⽹结构及相关操作对外变得不可见NAT产⽣的表项需占⽤设备的内存空间增加了安全性设备性能问题5）NAT类型源IP地址转换（Source IP address-based NAT）No-Port 地址转换（No-PAT）⽹络地址及端⼝转换（NAPT）⽬的IP地址转换（Destination IP address-based NAT）:NAT Server⽬的NAT（5.1）NAT类型1：No-PATNAT No-PAT也可以称为“⼀对⼀地址转换”，在地址转换过程中，数据包的源IP地址由私⽹地址转换为公⽹地址，但端⼝号不做转换。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
网络地址转换(NAT,Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术,是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,它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。
l.NAT简介
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（对于ICMP，NAT也自动完成地址转换）。
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，在报文数据都分别嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。
2.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。
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。
受到NAT影响的应用程序
一些高层协议（比如FTP，Quake，SIP,VPN）是在IP包的有效数据内发送网络层（第三层）信息的。
比如，主动模式的FTP使用单独的端口分别来控制命令传输和数据传输。
当请求一个文件传输时，主机在发送请求的同时也通知对方自己想要在哪个端口接受数据。
但是，如果主机是在一个简单的NAT防火墙后发送的请求，那么由于端口的映射将会使对方接收到的信息无效。
一个应用层网关（Application Layer Gateway或ALG）可以修正这个问题。
运行在NAT防火墙设备上的ALG软件模块可以更新任何由地址转换而导致无效的信息。
显然，ALG需要明白它所要修正的上层协议，所以每个有这种问题的协议都需要有一个单独的ALG。
但是，除FTP外的大多数传统的客户机－服务器协议不需要发送网络层（第三层）信息，也就不需要ALG。
这个问题的另一个可能的解决方法是使用象STUN这样的技术，但是这只针对建立在UDP上的高层协议，并且需要它内建这种技术。
这种技术对对称NAT
也是无效的。
还有一种可能的方案是UPnP，但它需要和NAT设备配合起来使用.
工作原理
当一台小型商务企业的内部网计算机用户连接到 Internet 资源时，该用户
的 TCP/IP 协议产生一个 IP 数据包，该数据包包含以下值，这些值位
于 IP 和 TCP 或 UDP 标头中：(粗体内容表示受 NAT 影响的项目)：
•目标 IP 地址：Internet 资源 IP 地址
•源 IP 地址：私有 IP 地址
•目标端口：Internet 资源 TCP 或 UDP 端口
•源端口: 源应用程序 TCP 或 UDP 端口
请求源主机或者其它路由器将此 IP 数据包发送给 NAT, 然后由 NAT 将向
外发送的数据包的地址解析如下：
•目标IP地址：Internet 资源 IP 地址
•源IP 地址：ISP 分配的公用地址
•目标端口：Internet 资源 TCP 或 UDP 端口
•源端口：重新映射的源应用程序TCP 或 UDP 端口
NAT 将重新映射的 IP 数据包发送到 Internet 。
响应计算机将向 NAT 返回一个响应。
当 NAT 接收到此响应时，该数据包将包含以下地址信息：
•目标IP 地址：ISP 分配的公用地址
•源IP地址：Internet 资源 IP 地址
•目标端口：重新映射的源应用程序 TCP 或 UDP 端口
•源端口：Internet 资源的 TCP 或者 UDP 端口
当 NAT 完成映射和解析地址后，将向 Internet 客户端发送数据包，此数据包包含以下地址信息：
•目标 IP 地址：私有 IP 地址
•源 IP 地址：Internet 资源 IP 地址
•目标端口：源应用程序TCP 或者 UDP 端口
•源端口：Internet 资源 TCP 或 UDP 端口
对于向外发送的数据包，源 IP 地址和 TCP/UDP 端口号将被映射到一个公用源 IP 地址和一个可能变化的 TCP/UDP端口号。
对于接收的数据包，目
标 IP 地址和 TCP/UDP 端口号将被映射到私有 IP 地址和初始 TCP/UDP 端口号。
那么，NAT转换表何时进行初始化呢，一般有三种方式：手工初始化，外发数据报时，传入名字查找。
大多数NAT实现方式都使用外发数据报时初始化转换表，当内部主机通过NAT向外发送数据报时，NAT此时在转换表中创建一个表项。