NAT工作原理.pdf

NAT（Network Address Translation）是一种网络技术，主要目的是解决IP地址短缺的问题，允许私有网络内的设备使用非全局唯一的IP地址进行互联网通信。NAT路由器作为公共网络与私有网络的桥梁，通过转换IP地址来实现两个不同网络之间的通信。 1. **NAT工作原理** NAT的基本工作流程是当私有网络中的设备向公共网络发送数据包时，NAT路由器会将源IP地址（私有IP）替换为NAT路由器自身的公共IP地址，同时在公共网络上创建一个映射关系。当公共网络返回的数据包到达NAT路由器时，它会根据之前创建的映射将目的IP地址转换回私有IP地址，确保数据包能够正确地送达私有网络内的设备。这种转换过程对网络上的设备来说是透明的，即它们并不知道这一转换的发生。 2. **NAPT技术** 静态NAT虽然解决了私有网络设备访问公共网络的问题，但当私有网络中有多个设备需要同时访问公共网络时，静态NAT的公共IP地址数量就成了瓶颈。为了解决这一问题，引入了NAPT（Network Address Port Translation），它不仅转换IP地址，还转换TCP和UDP端口号。这样，即使多台私有网络设备共享同一个公共IP地址，也能通过不同的端口号区分并保持各自的连接，从而实现多个并发的会话。 在NAPT中，例如私有网络的设备A想访问公共网络的HTTP服务器，NAT路由器会将设备A的私有IP和端口号转换为公共IP和一个动态分配的端口号，建立TCP连接。然后，服务器的响应会被NAT路由器再次转换，恢复设备A的私有IP和原始端口号，使数据包能正确到达设备A。 3. **NAPT映射条目与映射表** NAPT映射条目记录了每个转换的IP地址和端口对应关系，这些条目存储在NAT路由器的NAPT映射表中。映射表对于正确转发数据包至关重要，因为它决定了外网返回的数据如何找到内网的正确目的地。 4. **NAPT带来的后果** NAPT虽然提高了IP地址的利用率，但也带来了一些挑战。由于外网无法直接发起到内网的连接，这限制了某些服务的可用性，如需要外部设备主动连接的FTP服务器或在线游戏。为了解决这个问题，引入了虚拟服务器和UPnP（Universal Plug and Play）等技术，它们可以创建或维护从外网到内网特定设备的通道。 5. **NAT类型** - **静态NAT**：一对一的IP地址转换，私有IP地址始终映射到固定的公共IP地址。 - **动态地址NAT（Pooled NAT）**：多个私有IP地址可以映射到一组预定义的公共IP地址池中的任一地址。 - **端口地址转换PAT（Port Address Translation）**：NAPT的一种，同时转换IP地址和端口号，允许多个私有IP地址共享一个公共IP地址。 NAT和NAPT技术是现代网络架构中不可或缺的一部分，它们有效地缓解了公网IP地址的短缺问题，同时也对网络安全和隐私提供了额外的保护。然而，它们也带来了网络通信的复杂性，需要通过其他机制来弥补其固有的限制。