NAT

来源:互联网 发布:网络直播的发展 编辑:程序博客网 时间:2024/05/09 19:11
简介概述

NAT(Network Address Translation,网络地址转换)是将IP 数据包头中的IP 地址转换为另一个IP 地址的过程。在实际应用中,NAT 主要用于实现私有网络访问公共网络的功能。这种通过使用少量的公有IP 地址代表较多的私有IP 地址的方式,将有助于减缓可用IP地址空间的枯竭。
说明:
私有 IP 地址是指内部网络或主机的IP 地址,公有IP 地址是指在因特网上全球唯一的IP 地址。
RFC 1918 为私有网络预留出了三个IP 地址块,如下:
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
上述三个范围内的地址不会在因特网上被分配,因此可以不必向ISP 或注册中心申请而在公司或企业内部自由使用。
工作流程
① client(终端) 的 gateway 设定为 NAT 主机,所以当要连上 Internet 的时候,该封包就会被送到 NAT 主机,这个时候的封包 Header 之 source IP(源IP) 为 192.168.1.100 ;  
②而透过这个 NAT 主机,它会将 client 的对外联机封包的 source IP ( 192.168.1.100 ) 伪装成 ppp0 ( 假设为拨接情况 )这个接口所具有的公共 IP ,因为是公共 IP 了,所以这个封包就可以连上 Internet 了!同时 NAT 主机并且会记忆这个联机的封包是由哪一个 ( 192.168.1.100 ) client 端传送来的;
③由 Internet 传送回来的封包,当然由 NAT主机来接收了,这个时候, NAT 主机会去查询原本记录的路由信息,并将目标 IP 由 ppp0 上面的公共 IP 改回原来的 192.168.1.100 ;
④最后则由 NAT 主机将该封包传送给原先发送封包的 Client 。

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地址是不确定的,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。
实现
在配置网络地址转换的过程之前,首先必须搞清楚内部接口和外部接口,以及在哪个外部接口上启用NAT。通常情况下,连接到用户内部网络的接口是NAT内部接口,

而连接到外部网络(如Internet)的接口是NAT外部接口。
1).静态地址转换的实现
假设内部局域网使用的lP地址段为192.168.0.1~192.168.0.254,路由器局域网端(即默认网关)的IP地址为192.168.0.1,子网掩码为255.255.255.0。网络分配的

合法IP地址范围为61.159.62.128~61.159.62.135,路由器在广域网中的IP地址为61.159.62.129,子网掩码为255.255.255.248可用于转换的IP地址范围为

61.159.62.130~61.159.62.134。要求将内部网址192.168.0.2~192.168.0.6分别转换为合法IP地址61.159.62.130~61.159.62.134。
第一步,设置外部端口。
interface serial 0
ip address 61.159.62.129 255.255.255.248
ip nat outside
第二步,设置内部端口。
interface ethernet 0
ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
ip nat inside
第三步,在内部本地与外部合法地址之间建立静态地址转换。
ip nat inside source static 内部本地地址内部合法地址。
示例:
ip nat inside source static 192.168.0.2 61.159.62.130 //将内部网络地址192.168.0.2转换为合法IP地址61.159.62.130
ip nat inside source static 192.168.0.3 61.159.62.131 //将内部网络地址192.168.0.3转换为合法IP地址61.159.62.131
ip nat inside source static 192.168.0.4 61.159.62.132 //将内部网络地址192.168.0.4转换为合法IP地址61.159.62.132
ip nat inside source static 192.168.0.5 61.159.62.133 //将内部网络地址192.168.0.5转换为合法IP地址61.159.62.133
ip nat inside source static 192.168.0.6 61.159.62.134 //将内部网络地址192.168.0.6转换为合法IP地址61.159.62.134
至此,静态地址转换配置完毕。
2).动态地址转换的实现
假设内部网络使用的IP地址段为172.16.100.1~172.16.100.254,路由器局域网端口(即默认网关)的IP地址为172.16.100.1,子网掩码为255.255.255.0。网络分配

的合法IP地址范围为61.159.62.128~61.159.62.191,路由器在广域网中的IP地址为61.159.62.129,子网掩码为255.255.255.192,可用于转换的IP地址范围为

61.159.62.130~61.159.62.190。要求将内部网址172.16.100.1~172.16.100.254动态转换为合法IP地址61.159.62.130~61.159.62.190。
第一步,设置外部端口。
设置外部端口命令的语法如下:
ip nat outside
示例:
interface serial 0 //进入串行端口serial 0
ip address 61.159.62.129 255.255.255.192//将其IP地址指定为61.159.62.129,子网掩码为255.255.255.192
ip nat outside //将串行口serial 0设置为外网端口
注意,可以定义多个外部端口。
第二步,设置内部端口。
设置内部接口命令的语法如下:
ip nat inside
示例:
interface ethernet 0 //进入以太网端口Ethernet 0
ip address 172.16.100.1 255.255.255.0 // 将其IP地址指定为172.16.100.1,子网掩码为255.255.255.0
ip nat inside //将Ethernet 0 设置为内网端口。
注意,可以定义多个内部端口。
第三步,定义合法IP地址池。
定义合法IP地址池命令的语法如下:
ip nat pool 地址池名称起始IP地址 终止IP地址子网掩码
其中,地址池名字可以任意设定。
示例:
ip nat pool chinanet 61.159.62.130 61.159.62.190 netmask 255.255.255.192 //指明地址缓冲池的名称为chinanet,IP地址范围为

61.159.62.130~61.159.62.190,子网掩码为255.255.255.192。需要注意的是,即使掩码为255.255.255.0,也会由起始IP地址和终止IP地址对IP地址池进行限制。
或ip nat pool test 61.159.62.130 61.159.62.190 prefix-length 26
注意,如果有多个合法IP地址范围,可以分别添加。例如,如果还有一段合法IP地址范围为"211.82.216.1~211.82.216.254",那么,可以再通过下述命令将其添加

至缓冲池中。
ip nat pool cernet 211.82.216.1 211.82.216.254 netmask 255.255.255.0

ip nat pool test 211.82.216.1 211.82.216.254 prefix-length 24
第四步,定义内部网络中允许访问Internet的访问列表。
定义内部访问列表命令的语法如下:
access-list 标号 permit 源地址通配符(其中,标号为1~99之间的整数)
access-list 1 permit 172.16.100.0 0.0.0.255 //允许访问Internet的网段为172.16.100.0~172.16.100.255,反掩码为0.0.0.255。需要注意的是,在这里采用的

是反掩码,而非子网掩码。反掩码与子网掩码的关系为:反掩码+子网掩码=255.255.255.255。例如,子网掩码为255.255.0.0,则反掩码为0.0.255.255;子网掩码

为255.0.0.0,则反掩码为0.255.255.255;子网掩码为255.252.0.0,则反掩码为0.3.255.255;子网掩码为255.255.255.192,则反掩码为0.0.0.63。
另外,如果想将多个IP地址段转换为合法IP地址,可以添加多个访问列表。例如,当欲将172.16.98.0~172.16.98.255和172.16.99.0~172.16.99.255转换为合法IP地

址时,应当添加下述命令:
access-list2 permit 172.16.98.0 0.0.0.255
access-list3 permit 172.16.99.0 0.0.0.255
第五步,实现网络地址转换。
在全局设置模式下,将第四步由access-list指定的内部本地地址列表与第三步指定的合法IP地址池进行地址转换。命令语法如下:
ip nat inside source list 访问列表标号 pool 内部合法地址池名字
示例:
ip nat inside source list 1 pool chinanet
如果有多个内部访问列表,可以一一添加,以实现网络地址转换,如
ip nat inside source list 2 pool chinanet
ip nat inside source list 3 pool chinanet
如果有多个地址池,也可以一一添加,以增加合法地址池范围,如
ip nat inside source list 1 pool cernet
ip nat inside source list 2 pool cernet
ip nat inside source list 3 pool cernet
至此,动态地址转换设置完毕。
3).端口复用动态地址转换(PAT)
内部网络使用的IP地址段为10.100.100.1~10.100.100.254,路由器局域网端口(即默认网关)的IP地址为10.100.100.1,子网掩码为255.255.255.0。网络分配的合

法IP地址范围为202.99.160.0~202.99.160.3,路由器广域网中的IP地址为202.99.160.1,子网掩码为255.255.255.252,可用于转换的IP地址为202.99.160.2。要求

将内部网址10.100.100.1~10.100.100.254 转换为合法IP地址202.99.160.2。
第一步,设置外部端口。
interface serial 0
ip address 202.99.160.1 255.255.255.252
ip nat outside
第二步,设置内部端口。
interface ethernet 0
ip address 10.100.100.1 255.255.255.0
ip nat inside
第三步,定义合法IP地址池。
ip nat pool onlyone 202.99.160.2 202.99.160.2 netmask 255.255.255.252
// 指明地址缓冲池的名称为onlyone,IP地址范围为202.99.160.2,子网掩码为255.255.255.252。由于本例只有一个IP地址可用,所以,起始IP地址与终止IP地址均为202.99.160.2。如果有多个IP地址,则应当分别键入起止的IP地址。
第四步,定义内部访问列。
access-list 1 permit 10.100.100.0 0.0.0.255
允许访问Internetr的网段为10.100.100.0~10.100.100.255,子网掩码为255.255.255.0。需要注意的是,在这里子网掩码的顺序跟平常所写的顺序相反,即0.0.0.255。
第五步,设置复用动态地址转换。
在全局设置模式下,设置在内部的本地地址与内部合法IP地址间建立复用动态地址转换。命令语法如下:
ip nat inside source list访问列表号pool内部合法地址池名字overload
示例:
ip nat inside source list1 pool onlyone overload //以端口复用方式,将访问列表1中的私有IP地址转换为onlyone IP地址池中定义的合法IP地址。
注意:overload是复用动态地址转换的关键词。
至此,端口复用动态地址转换完成。
还可以这样写:
ip nat inside source list 1 interface serial 0 overload
UDP打洞
通过UDP打洞实现NAT穿越是一种在处于使用了NAT的私有网络中的Internet主机之间建立双向UDP连接的方法。由于NAT的行为是非标准化的,因此它并不能应用于所有类型的NAT。其基本思想是这样的:让位于NAT后的两台主机都与处于公共地址空间的、众所周知的第三台服务器相连,然后,一旦NAT设备建立好UDP状态信息就转为直接通信,并寄希望于NAT设备会在分组其实是从另外一个主机传送过来的情况下仍然保持当前状态。这项技术需要一个圆锥型NAT设备才能够正常工作。对称型NAT不能使用这项技术。
UDP打洞算法
假设有两台分别处于各自的私有网络中的主机:A和B;N1和N2是两个网络的NAT设备,分别拥有IP地址P1和P2;S是一个使用了一个众所周知的、从全球任何地方都能访问得到的IP地址的公共服务器
步骤一:A和B分别和S建立UDP连接;NAT设备N1和N2创建UDP转换状态并分配临时的外部端口号
步骤二:S检查UDP包,看A和B的端口是否是正在被使用的(否则的话N1和N2应该是应用了端口随机分配,这会让打洞变得更麻烦)
步骤三:如果端口不是随机化的,那么A和B各自选择端口X和Y,并告知S。S会让A发送UDP包到P2:Y,让B发送UDP包到P1:X
步骤四:A和B通过转换好的IP地址和端口直接联系到对方的NAT设备;

 

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