計算機網絡之NAT的原理

2020-12-05 掌趣網絡

2019年11月25日全球IPv4地址正式耗盡，所有43億個IPv4地址已分配完畢。從理論上講，IPv4地址耗盡應該意味著不能將任何新的IPv4設備添加到Internet，但是實際上，許多因素會進行緩解。

1、首先是ISP（網絡服務提供商）可以重用和回收未使用的IPv4地址

2、由於NAT(網絡地址轉換)，因此可以在ISP路由器後面私下使用相同的IP位址

3、最後是向IPv6的過渡

一、基本概念

1、公有IP位址：也叫全局地址，是指合法的IP位址，它是由NIC（網絡信息中心）或者ISP(網絡服務提供商)分配的地址，對外代表一個或多個內部局部地址，是全球統一的可尋址的地址。

2、私有IP位址：也叫內部地址，屬於非註冊地址，專門為組織機構內部使用。網際網路分配編號委員會（IANA）保留了3塊IP位址做為私有IP位址：

10.0.0.0———10.255.255.255

172.16.0.0———172.16.255.255

192.168.0.0———192.168.255.255

3、NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）是1994年提出的。當在專用網內部的一些主機本來已經分配到了本地IP位址（即僅在本專用網內使用的專用地址），但現在又想和網際網路上的主機通信（並不需要加密）時，可使用NAT方法。

二、NAT功能

NAT不僅能解決IP位址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網絡外部的攻擊，隱藏並保護網絡內部的計算機。

1.寬帶分享：這是 NAT 主機的最大功能。

2.安全防護：NAT 之內的 PC 聯機到 Internet 上面時，他所顯示的 IP 是 NAT 主機的公共 IP，所以 Client 端的 PC 當然就具有一定程度的安全了，外界在進行 portscan（埠掃描） 的時候，就偵測不到源Client 端的 PC

三、NAT工作原理

藉助於NAT，私有（保留）地址的"內部"網絡通過路由器發送數據包時，私有地址被轉換成合法的IP位址，一個區域網只需使用少量IP位址（甚至是1個）即可實現私有地址網絡內所有計算機與Internet的通信需求。

NAT將自動修改IP報文的源IP位址和目的IP位址，Ip地址校驗則在NAT處理過程中自動完成。有些應用程式將源IP位址嵌入到IP報文的數據部分中，所以還需要同時對報文的數據部分進行修改，以匹配IP頭中已經修改過的源IP位址。否則，在報文數據部分嵌入IP位址的應用程式就不能正常工作。

①如上圖這個 client（終端） 的 gateway （網關）設定為 NAT 主機，所以當要連上 Internet 的時候，該封包就會被送到 NAT 主機，這個時候的封包 Header 之 source IP（源IP） 為 192.168.1.100 ；

②而透過這個 NAT 主機，它會將 client 的對外聯機封包的 source IP ( 192.168.1.100 ) 偽裝成 ppp0 ( 假設為撥接情況 )這個接口所具有的公共 IP ，因為是公共 IP 了，所以這個封包就可以連上 Internet 了，同時 NAT 主機並且會記憶這個聯機的封包是由哪一個 ( 192.168.1.100 ) client 端傳送來的；

③由 Internet 傳送回來的封包，當然由 NAT主機來接收了，這個時候， NAT 主機會去查詢原本記錄的路由信息，並將目標 IP 由 ppp0 上面的公共 IP 改回原來的 192.168.1.100 ；

④最後則由 NAT 主機將該封包傳送給原先發送封包的 Client

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