NAT技术原理、使用场景

随着Internet的发展和网络应用的增多有限的IPv4公有地址已经成为制约网络发展的瓶颈。为解决这个问题NATNetwork Address Translation网络地址转换技术应需而生。
NAT技术主要用于实现内部网络的主机访问外部网络。一方面NAT缓解了IPv4地址短缺的问题另一方面NAT技术让外网无法直接与使用私有地址的内网进行通信提升了内网的安全性。
我们将了解NAT的技术背景 学习不同类型NAT的技术原理、使用场景。

私网IP地址

公有地址由专门的机构管理、分配可以在Internet上直接通信的IP地址。
私有地址组织和个人可以任意使用无法在Internet上直接通信只能在内网使用的IP地址。
A、B、C类地址中各预留了一些地址专门作为私有IP地址
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

NAT技术原理

NAT对IP数据报文中的IP地址进行转换是一种在现网中被广泛部署的技术一般部署在网络出口设备例如路由器或防火墙上。

NAT的典型应用场景在私有网络内部园区、家庭使用私有地址出口设备部署NAT对于“从内到外”的流量网络设备通过NAT将数据包的源地址进行转换转换成特定的公有地址而对于“从外到内的”流量则对数据包的目的地址进行转换。

通过私有地址的使用结合NAT技术可以有效节约公网IPv4地址。

静态NAT原理

静态NAT每个私有地址都有一个与之对应并且固定的公有地址即私有地址和公有地址之间的关系是一对一映射。
支持双向互访私有地址访问Internet经过出口设备NAT转换时会被转换成对应的公有地址。同时外部网络访问内部网络时其报文中携带的公有地址目的地址也会被NAT设备转换成对应的私有地址。

静态NAT转换示例

静态NAT配置介绍
1.方式一接口视图下配置静态NAT

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat static global { global-address} inside {host-address }

2.方式二系统视图下配置静态NAT

[Huawei] nat static global { global-address} inside {host-address }

配置命令相同视图为系统视图之后在具体的接口下开启静态NAT。

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat static enable

在接口下使能nat static功能。

静态NAT配置示例

动态NAT原理
动态NAT静态NAT严格地一对一进行地址映射这就导致即便内网主机长时间离线或者不发送数据时与之对应的公有地址也处于使用状态。为了避免地址浪费动态NAT提出了地址池的概念所有可用的公有地址组成地址池。

当内部主机访问外部网络时临时分配一个地址池中未使用的地址并将该地址标记为“In Use”。当该主机不再访问外部网络时回收分配的地址重新标记为“Not Use”。

动态NAT转换示例 (1)

动态NAT转换示例 (2)

动态NAT配置介绍
1.创建地址池

[Huawei] nat address-group group-index start-address end-address

配置公有地址范围其中group-index为地址池编号start-address、end-address分别为地址池起始地址、结束地址。

2.配置地址转换的ACL规则

Huawei] acl number

[Huawei-acl-basic-number ] rule permit source source-address source-wildcard

配置基础ACL匹配需要进行动态转换的源地址范围。

3.接口视图下配置带地址池的NAT Outbound

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat outbound acl-number address-group group-index [ no-pat ]

接口下关联ACL与地址池进行动态地址转换no-pat参数指定不进行端口转换。

动态NAT配置示例

NAPT原理
动态NAT选择地址池中的地址进行地址转换时不会转换端口号即No-PATNo-Port Address Translation非端口地址转换公有地址与私有地址还是1:1的映射关系无法提高公有地址利用率。

NAPTNetwork Address and Port Translation网络地址端口转换从地址池中选择地址进行地址转换时不仅转换IP地址同时也会对端口号进行转换从而实现公有地址与私有地址的1:n映射可以有效提高公有地址利用率。

NAPT转换示例 (1)

NAPT转换示例 (2)

NAPT配置示例

Easy IP
Easy IP实现原理和NAPT相同同时转换IP地址、传输层端口区别在于Easy IP没有地址池的概念使用接口地址作为NAT转换的公有地址。

Easy IP适用于不具备固定公网IP地址的场景如通过DHCP、PPPoE拨号获取地址的私有网络出口可以直接使用获取到的动态地址进行转换。

NAT Server使用场景
NAT Server指定[公有地址:端口]与[私有地址:端口]的一对一映射关系将内网服务器映射到公网当私有网络中的服务器需要对公网提供服务时使用。

外网主机主动访问[公有地址:端口]实现对内网服务器的访问。

NAT Server转换示例

NAT Server配置示例

在私有网络内使用私有地址并在网络出口使用NAT技术可以有效减少网络所需的IPv4公有地址数目NAT技术有效地缓解了IPv4公有地址短缺的问题。

动态NAT、NAPT、Easy IP为私网主机访问公网提供源地址转换。

NAT Server实现了内网主机对公网提供服务。

静态NAT提供了一对一映射支持双向互访。