网络原理-网络拓扑之NAT

一、NAT含义


大白话:NAT就是将内网地址 翻译成外网地址。可以是一对一(静态转换),多对多(动态转换),多对一(端口多路复用)
NAT(Network Address Translation,网络地址转换)是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址(即仅在本专用网内使用的专用地址),但现在又想和因特网上的主机通信(并不需要加密)时,可使用NAT方法。
这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP地址。这样,所有使用本地地址的主机在和外界通信时,都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址,才能和因特网连接。

二、NAT分类


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。

1、静态转换Static Nat

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。

2、动态转换Dynamic Nat

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。

3、端口多路复用(Port address Translation)

 端口多路复用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。

也被称为NAPT【(Network Address Port Translation),即网络端口地址转换】、“多对一”的NAT、地址超载(address overloading)。

三、ALG(Application Level Gateway)


即应用程序级网关技术:
在静态转换和动态转换中,内网中的一个ip都会被转换成外网的一个ip;所以数据流要改ip层和mac地址层。上面的网络层不需要修改。
在端口转换中,内网的一个应用请求,会被转换到外网的另一个端口作为请求。这样外网的一个ip地址,可以利用不同的端口完成来自不同的内网ip的请求。此时需要修改mac层,ip层和传输层。

但是一些应用层协议,在协议数据报文中包含了地址信息。为了使得这些应用也能透明地完成NAT转换,NAT使用一种称作ALG的技术,它能对这些应用程序在通信时所包含的地址信息也进行相应的NAT转换。例如:对于FTP协议的PORT/PASV命令、DNS协议的 “A” 和 “PTR” queries命令和部分ICMP消息类型等都需要相应的ALG来支持。
如果协议数据报文中不包含地址信息,则很容易利用传统的NAT技术来完成透明的地址转换功能,通常我们使用的如下应用就可以直接利用传统的NAT技术:HTTP、TELNET、FINGER、NTP、NFS、ARCHIE、RLOGIN、RSH、RCP等。

四、NAT超时介绍


因为 IP v4 的 IP 数量有限,运营商分配给手机终端的 IP 是运营商内网的 IP,手机要连接 Internet,就需要通过运营商的网关做一个网络地址转换(Network Address Translation,NAT)。简单的说运营商的网关需要维护一个外网 IP、端口到内网 IP、端口的对应关系,以确保内网的手机可以跟 Internet 的服务器通讯。
大部分移动无线网络运营商都在链路一段时间没有数据通讯时,会淘汰 NAT 表中的对应项,造成链路中断。
长连接心跳间隔必须要小于NAT超时时间(aging-time),如果超过aging-time不做心跳,TCP长连接链路就会中断,Server就无法发送Push给手机,只能等到客户端下次心跳失败后,重建连接才能取到消息。


参考:
端口映射 和 nat 区别不是 太大
http://blog.sina.com.cn/s/blog_4988d99a0102wt97.html
NAT超时介绍
https://blog.csdn.net/hbjixieyuan/article/details/55048881
nat 教程 https://wenku.baidu.com/view/34b016673169a4517623a33e.html

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