NAT的原理及其注意事項

2019-11-04 20:40:06

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　　ip地址耗盡促成了CIDR的開發，但CIDR開發的主要目的是為了有效的使用現有的internet地址。而同時根據RFC 1631（IP Network Address Translator）開發的NAT卻可以在多重的internet子網中使用相同的IP，用來減少注冊IP地址的使用。
　　NAT技術使得一個私有網絡可以通過internet注冊IP連接到外部世界，位于inside網絡和outside網絡中的NAT路由器在發送數據包之前，負責把內部IP翻譯成外部合法地址。內部網絡的主機不可能同時于外部網絡通信，所以只有一部分內部地址需要翻譯。
　　NAT的翻譯可以采取靜態翻譯（static translation）和動態翻譯（dynamic translation）兩種。靜態翻譯將內部地址和外部地址一對一對應。當NAT需要確認哪個地址需要翻譯，翻譯時采用哪個地址pool時，就使用了動態翻譯。采用port
　　multiplexing技術，或改變外出數據的源port技術可以將多個內部IP地址影射到同一個外部地址，這就是PAT（port address translator）。
　　當影射一個外部IP到內部地址時，可以利用TCP的load distribution技術。使用這個特征時，內部主機基于round-robin機制，將外部進來的新連接定向到不同的主機上去。注重：load distributiong只有在影射外部地址到內部的時候才有效。
　　
　　NAT使用的幾種情況：
　　a，連接到internet，但卻沒有足夠的合法地址分配給內部主機。
　　b，更改到一個需要重新分配地址的ISP。
　　c，有相同的IP地址的兩個internat合并。
　　d，想支持負載均衡（主機）。
　　
　　采用NAT后，一個最主要的改變就是你失去了端對端IP的traceability，也就是說，從此
　　你不能再經過NAT使用ping和traceroute，其次就是曾經的一些IP對IP的程序不再可以正常運行，潛在的不易被觀察到的缺點就是增加了網絡延時。
　　
　　NAT可以支持大部分IP協議，但有幾個協議需要注重，首先tFTP，rlogin,rsh,rcp和ip
　　multicast都被NAT支持，其次就是bootp，snmp和路由表更新全部給拒絕了。
　　
　　NAT的幾個相關概念：
　　Inside Local IP address: 指定于內部網絡的主機地址，全局唯一，但為私有地址。
　　Inside Global IP address: 代表一個或更多內部IP到外部世界的合法IP。
　　Outside Global IP address: 外部網絡主機的合法IP。
　　Outside Local IP address: 外部網絡的主機地址，看起來是內部網絡的，私有地址。
　　Simple Translation Entry: 影射IP到另一個地址的Entry。
　　Extended Translation Entry:影射IP地址和端口到另一個pair的Entry。
　　采用NAT，可以實現以下幾個功能：
　　a，Translation inside local addresses
　　b，Overloading inside global addresses
　　c，TCP load distribution
　　d，Handing overlapping networks
　　下面我們一一敘述它們的工作原理。
　　
　　a，內部地址翻譯（Translation inside local addresses)：
　　這是比較通用的一種方法，將內部IP一對一的翻譯成外部地址。
　　在內部主機連接到外部網絡時，當第一個數據包到達NAT路由器時，router檢查它的NAT表，因為是NAT是靜態配置的，故可以查詢出來（simply entry），然后router將數據包的內部局部IP（源地址）更換成內部全局地址，再轉發出去。外部主機接受到數據包用接受到的內部全局地址來響應，NAT接受到外部回來的數據包，再根據NAT表把地址翻譯成內部局部IP，轉發過去。
　　b，內部全局地址復用（overloading inside glogal addresses）
　　使用地址和端口pair將多個內部地址影射到比較少的外部地址。這也是所謂的PAT。和內部地址翻譯一樣，NAT router同樣也負責查表和翻譯內部IP地址，唯一的區別就是由于使用了overloading，router將復用同樣的內部全局IP地址，并存儲足夠的信息以區分它和其他地址，這樣查詢出來的是extended entry。
　　NAT router和外部主機的通訊采用翻譯過的內部全局地址，故同一般的通信沒有差別，router到內部主機通訊時，同樣要查NAT表。
　　
　　c，TCP負載重分配（TCP load distributing）和以上兩種操作不同，這是NAT由外到內的翻譯，所以那種以為WEB server一定要放置到
　　NAT外部的說法是錯誤的。
　　工作原理：外部主機向虛擬主機（定義為內部全局地址）通訊，NAT router接受外部主機的請求并依據NAT表建立與內部主機的連接，把內部全局地址（目的地址）翻譯成內部局部地址，并轉發數據包到內部主機，內部主機接受包并作出響應。NAT router再使用內部局部地址和端口查詢數據表，根據查詢到的外部地址和端口做出響應。
　　此時，假如同一主機再做第二個連接，NAT router將根據NAT表將建立與另一虛擬主機的連接，并轉發數據。
　　
　　d，處理重疊網絡。
　　這種方法主要用于兩個intranet的互連，同樣給我們處理兩個重疊網絡提供了方法。它的實現要求DNS server的支持（用于區別兩個不同的主機）。
　　1，主機A要求向主機C建立連接，先象DNS server做地址查詢。
　　2，NAT router截獲DNS的響應，假如地址有重疊，將翻譯返回的地址。它將創建一個simply entry把重疊的外部全局地址（目的地址）翻譯成外部局部地址。
　　3，路由器轉發DNS響應到主機A，它已經把主機C的地址（外部全局地址）翻譯成外部局部地址。
　　4，當路由器接受到主機C的數據包時，它將建立內部局部、全局，外部全局、局部地址間的轉換，主機A將由內部局部地址（源地址）翻譯成內部全局地址，主機C將由外部全局地址（目的地址）翻譯成外部局部地址。
　　5，主機C接受數據包并繼續通訊。
　　
　　=NAT的具體配置和校驗不再敘述
　　
　　測試題目：
　　1，請問NAT實現四種功能時查詢的NAT表格是否相同，假如不同，說出它們的區別。
　　2，在使用動態地址翻譯時，要使用ACL，請問標準的和擴展的ACL都可以使用嗎？
　　3，在配置NAT后，所有數據包的交換可以走fast-switch嗎？
　　4，假如NAT router沒有在NAT表格中查詢到NAT地址影射，它如何處理發自內部主機的數據包？
　　5，NAT操作時，由外到內和由外到內的翻譯是否相同？
　　6，我們是否可以將我們的WEB SERVER放置到配置了NAT的router后的LAN里？
　　7，使用simply entry的是NAT的哪種操作方式？
　　8，在哪種操作中更換IP數據包的目的地址，又在實現什么功能時更改源地址？

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