NAT技术的原理、和实现方式介绍

目? ? ? ? 录

一、关于内外网的网络问题

1、内网

2、外网

3、如何实现内网访问外网

4、外网如何访问公司内部的一个服务器？

二、NAT技术简介

三、NAT技术的基本原理。

四、内部网实现NAT的常用方式

1.静态转换

2.动态转换

3.端口多路复用（Port address Translation，PAT）

（1）情况一

（2）情况二

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一、关于内外网的网络问题

????????我们在实际工作过程中，经常会提到内网、外网，那么何谓内网，何为外网呢？

1、内网

????????内网，也称为局域网，是一种在小范围内组成的网络，一般指的是特定环境下组成的网络，如一个家庭的多台计算机互联成的网络，或学校和公司的大型局域网。内网的IP地址通常是私有的，比如192.168.1.xx、192.168.0.xx、172.16.1.xx等。内网不能直接连接外网，比较封闭，但在内网内部可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等服务。

2、外网

????????外网，也称为互联网，是连接不同地区局域网或者城域网的远程网络，通常可以跨接很大的物理范围，覆盖的范围可以是几十公里到几千公里，能连接多个地区、城市和国家，提供远距离通信，形成全球性的互联网络。外网的IP地址是公有的，是全球唯一的IP地址。

3、如何实现内网访问外网

?????? 一般情况内网不能直接连接外网，比较封闭，但是我们现在知道的是，我们只要有一个运营商的宽带网络，我们就可以访问外网。那么是如何做到的呢？

4、外网如何访问公司内部的一个服务器？

?????? 前面也提到过，内网的地址都是私有的，比如192.168.1.xx、192.168.0.xx、172.16.1.xx等，我们也知道，其他人可以通过外网来访问内网的一个服务器，这是怎么做到的呢？

?????? 比如，内网有一个视频监控平台AS-V1000，有人可以通过互联网，来访问这个AS-V1000平台，从而浏览AS-V1000上接入的监控视频。

????????关于上面提到的两个问题，是通过一种叫NAT的技术来实现的，本文就主要讲述这个技术。

二、NAT技术简介

????????随着网络的发展，网络地址转换（NAT，Network Address Translation）在网络建设中正发挥着不可替代的作用。

????????NAT是一种网络地址转换技术，它的主要功能是将私有IP地址转换为公网IP地址，实现多台计算机或设备共享一个公网IP地址访问外部网络。NAT技术最初是为了解决IPv4地址短缺而开发的，它可以将多个私有IP地址映射到一个公网IP地址，从而实现多用户共享少量公网IP地址访问外部网络。NAT技术的实现需要NAT设备（如路由器或防火墙等）在数据传输过程中进行地址转换，将内网IP地址和端口号转换为公网IP地址和端口号，以便在外部网络中传输数据。

????????NAT技术有多种应用场景，其中最常见的是在家庭用户和小型企业网络中实现共享上网。通过NAT技术，可以将多个私有IP地址转换为一个公网IP地址，使得多台计算机或设备可以通过这个公网IP地址访问外部网络。NAT设备通常部署在网络的出口处，如家庭路由网关的NAT功能可以将家庭内部网络的计算机或设备的私有IP地址转换为公网IP地址，以便用户通过这个公网IP地址访问互联网。

????????除了实现共享上网外，NAT技术还有其他应用场景，如实现虚拟专用网络（VPN）、网络地址转换-过载（NAT-Traversal）等。通过NAT-Traversal技术，可以实现在没有公网IP地址的情况下，多台内网计算机或设备进行语音、视频等多媒体通信。

????????在流媒体和视频监控软件应用领域，由于经常涉及到内网、外网等情况，所以NAT也得到广泛的使用。

三、NAT技术的基本原理。

????????随着接入Internet的计算机数量的不断猛增，IP地址资源也就显得愈加紧张。在实际应用中，一般用户几乎申请不到整段的C类和B类IP地址。当我们的企业向ISP申请IP地址时，所分配的地址也不过只有几个或十几个IP地址。显然，这样少的IP地址根本无法满足网络用户的需求。为了缓解供给和需求不可调和的矛盾，使用NAT技术便成为了企业和ISP的必然选择。

????????企业使用NAT时，一般认为应当使用RFC1918规定的三段私有地址部署企业内部网络，三段私有地址为：

1. A类私有地址范围：10.0.0.0至10.255.255.255（即10.0.0.0/8）
2. B类私有地址范围：172.16.0.0至172.31.255.255（即172.16.0.0/12）
3. C类私有地址范围：192.168.0.0至192.168.255.255（即192.168.0.0/16）

????????当企业内部设备试图以私有地址为源，向外部网络（Internet）发送数据包的时候，NAT可以对IP包头进行修改，先前的源IP地址-私有地址被转换成合法的公有IP地址（前提是，该共有IP地址应当是企业已经从ISP申请到的合法公网IP），这样，对于一个局域网来说，无需对内部网络的私有地址分配做大的修改，就可以满足内网设备和外网通信的需求。由于设备的源IP地址被NAT替换成了公网IP地址，设备对于外网用户来说就显得“不透明”，达到了保证设备安全性的目的。在这种情况下，内部私有地址和外部公有地址是一一对应的。甚至，我们只需使用少量公网IP地址（甚至是1个）即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet的通信需求。

四、内部网实现NAT的常用方式

????????在企业网络中，NAT的实现方式有三种，即静态转换NAT、动态转换NAT 以及 端口多路复用（PAT）。下面的章节里将一一介绍。

????????我们以一个例子进行介绍，如下图，左边有内网的两个PC，地址分别是：10.1.3.2（下面称为PC2）和10.1.3.3（下面称为PC3），现在要访问internet上的服务器100.0.33.1.

1.静态转换

????????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。私有地址和公有地址的对应关系由管理员手工指定。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，并使该设备在外部用户看来变得“不透明”。

????????根据上面的网络图，PC2要访问公网服务器100.0.33.1，先要发送数据包给服务器。通过Nat协议，数据包的源地址变为200.22.0.2，是NAT路由器的wan口的公网地址。正是有了这个地址，服务器收到这个数据包，要返回数据包给PC2，目的地址就是200.22.0.2，通过NAT路由器的转换，200.22.0.2又变成了10.1.3.2，这样，服务器发给PC2的数据包，也被正确的接收到了。

????????这样，就完成了数据的发送和接收，能够实现正常的数据通信。

2.动态转换

????????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地址对并不是一一对应的，而是随机的。所有被管理员授权访问外网的私有IP地址可随机转换为任何指定的公有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。每个地址的租用时间都有限制。这样，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。

????????原理同上，只是200.22.0.2的地址不固定，可能变成其他地址，这种情况，需要企业有多个公网地址。

3.端口多路复用（Port address Translation，PAT）

????????通过使用端口多路复用，可以达到一个公网地址对应多个私有地址的一对多转换。在这种工作方式下，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，来自不同内部主机的流量用不同的随机端口进行标示，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。

? ? ? ? 这种方式在视频监控接入平台，包括国标28181视频平台上用的比较多，特别是涉及到穿网的时候。

（1）情况一

（2）情况二

????????PC2 和 PC3通过同一个公网地址做NAT上网，如果PC2访问www.baidu.com用了公网地址的60005端口，则PC3访问www.baidu.com时只能使用60005后的随机端口例如60006，但如果是PC2此时访问www.163.com就可以使用60005端口。