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IP 地址分为公网地址和私有地址。公网地址有 IANA 统一分配,用于连接互联网;私有地址可以自由分配,用于私有网络内部通信。
NAT 技术的是将私有地址转换成公网地址,使私有网络中的主机可以通过少量公网地址访问互联网。
但 NAT只是一种过渡技术,从根本上解决问题,是采用支持更大地址空间的下一代 IP 技术,即 IPv6 协议,它提供了几乎用不完的地址空间。
IP 地址中预留了 3 个私有地址网段,在私有网络内,可以任意使用。
其余的 IP 地址可以在互联网上使用,由 IANA 统一管理,称为公网地址。
NAT 解决了 IPv4 地址不够用的问题,另外 NAT 屏蔽了私网用户真实地址,提高了私网用户的安全性。
典型的 NAT 组网模型,网络通常是被划分为私网和公网两部分,各自使用独立的地址空间。私网使用私有地址 10.0.0.0/24 ,而公网使用公网地址。为了让主机 A 和 B 访问互联网上的服务器 Server ,需要在网络边界部署一台 NAT 设备用于执行地址转换。NAT 设备通常是路由器或防火墙。
基本 NAT 是最简单的一种地址转换方式,它只对数据包的 IP 层参数进行转换,它可分为静态 NAT 和动态 NAT 。
静态 NAT 是公网 IP 地址和私有 IP 地址有一对一的关系,一个公网 IP 地址对应一个私有 IP 地址,建立和维护一张静态地址映射表。
动态 NAT 是公网 IP 地址和私有 IP 地址有一对多的关系,同一个公网 IP 地址分配给不同的私网用户使用,使用时间必须错开。它包含一个公有 IP 地址池和一张动态地址映射表。
举个动态 NAT 栗子
在基础 NAT 中,私有地址和公网地址存在一对一地址转换的对应关系,即一个公网地址同时只能分配给一个私有地址。它只解决了公网和私网的通信问题,并没有解决公网地址不足的问题。
在标准的 NAPT 配置中需要创建公网地址池,也就是必须先知道公网 IP 地址的范围。而在拨号接入的上网方式中,公网 IP 地址是由运营商动态分配的,无法事先确定,标准的 NAPT 无法做地址转换。要解决这个问题,就要使用 Easy IP 。
Easy IP 又称为基于接口的地址转换。在地址转换时,Easy IP 的工作原理与 NAPT 相同,对数据包的 IP 地址、协议类型、传输层端口号同时进行转换。但 Easy IP 直接使用公网接口的 IP 地址作为转换后的源地址。Easy IP 适用于拨号接入互联网,动态获取公网 IP 地址的场合。
Easy IP 无需配置地址池,只需要配置一个 ACL(访问控制列表),用来指定需要进行 NAT 转换的私有 IP 地址范围。
从基本 NAT 和 NAPT 的工作原理可知,NAT 表项由私网主机主动向公网主机发起访问而生成,公网主机无法主动向私网主机发起连接。因此 NAT 隐藏了内部网络结构,具有屏蔽主机的作用。但是在实际应用中,内网网络可能需要对外提供服务,例如 Web 服务,常规的 NAT 就无法满足需求了。
为了满足公网用户访问私网内部服务器的需求,需要使用 NAT Server 功能,将私网地址和端口静态映射成公网地址和端口,供公网用户访问。
基本 NAT 和 NAPT 只能识别并修改 IP 报文中的 IP 地址和端口号信息,无法修改报文内携带的信息,因此对于一些 IP 报文内携带网络信息的协议,例如 FTP 、DNS 、SIP 、H.323 等,是无法正确转换的。
ALG 能够识别应用层协议内的网络信息,在转换 IP 地址和端口号时,也会对应用层数据中的网络信息进行正确的转换。
FTP 是一种基于 TCP 的协议,用于在客户端和服务器间传输文件。FTP 协议工作时建立 2 个通道:Control 通道和 Data 通道。Control 用于传输 FTP 控制信息,Data 通道用于传输文件数据。
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