TCP/IP协议族的网络层基础（6）——NAT和NAPT

NAT技术（Network Address Translation，网络地址转换）

NAT技术是解决IP地址不够用的主要手段，是路由器的一个重要功能

• NAT能够将私有IP对外通信时转为公有IP，也就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法
• 公有IP要求是唯一的，但私有IP不需要；在不同的局域网中出现相同的私有IP是不受影响的
• 一般每个终端设置私有IP，而在路由器或必要的服务器上设置公有IP

我们再来看看这个图

发送请求

• 我们在家里玩吃鸡游戏，就是在申请访问吃鸡的服务器
• 我们的主机有一个私有IP，打个比方就是192.168.1.201
• 对于这个主机，有一个给它分配私有IP的家用路由器，这个路由器的IP一般为192.168.1.1，这个是该路由器的对应LAN口IP
• 该路由器有对应的WAN口IP，此时我们访问吃鸡服务器，之间还有一个运营商提供给我们的路由器，运营商路由器的WAN口一般对应的是公有IP，在广域网中能够被访问到
• 在访问该路由器的过程中，家用路由器将我们本机的私有IP替换成它的WAN口IP发送给运营商路由器，所以看起来实际是WAN口IP来访问这个路由器
• 运营商再通过它的WAN口IP 122.77.241.4来通过公网访问吃鸡服务器，所以真正在吃鸡服务器看到是122.74.241.4这个IP在访问它，于是吃鸡服务器把响应返回给这个IP的节点，即返回给运营商路由器
• NAT路由器（以上的路由器都配有NAT技术）内部，有一张自动生成的，用于地址转换的表，注意，这张表不同于路由表（route命令查看的路由表）
• 当家用路由器10.1.1.2第一次向运营商路由器就会生成表中的映射关系

返回数据（NAPT）

那么运营商服务器怎么知道是IP 为10.1.1.2的家用路由器在访问而不是IP为10.1.1.3的家用路由器在访问呢？

这时NAPT（Network Address Port Translation，网络地址端口转换）就来解决问题了，使用IP+port来建立这个关联关系

• 首先这个局域网下的两台客户机10.0.0.10和10.0.0.11都要通过应用程序（该应用程序的端口号是1025）访问同一个服务器上的应用程序，服务器上该应用程序的端口号是80
• 这两个请求同时到达了给客户机分配IP的NAT路由器（这种自动分配IP的的技术是DHCP），它的LAN口IP是10.0.0.1，WAN口IP是202.224.171.37
• 在这个路由器内部维护了一张转换表，使用IP+port的形式来解决到底是局域网内部的哪台主机的请求
• 两者到达NAT路由器的次序总有快慢，假设客户机10.0.0.10先到，那么它的请求中的源IP就被替换成202.224.171.37，它的端口号不变默认是1025（这是NAT技术）
• 好这个时候客户机10.0.0.11的请求来了，它的请求中的源IP也被替换成202.224.171.37，但是端口号1025已经被上一个客户机给占了啊，所以路由器就往后找一个没有使用过的端口号给该客户机（在上图中就是1026），这样两个请求对应的转换表就形成了
• 在服务器看来，这就是源IP为202.224.171.37上的两个应用程序来访问的我（分别是1025和1026），那就分别把对应的应答发送给源IP上的1025和1026端口应用程序
• 路由器接着根据转换表，发送给每个请求对应的客户机。​
• 这种关联关系也是NAT路由器自动维护的。例如在TCP的情况下，建立连接时，就会生成这个表项；在断开连接时，就会删除这个表项

NAT技术缺陷（因为太过于依赖这个转换表）

• 无法从NAT外部向内部服务器进行连接
• 装换表的生成和销毁都需要开销
• 通信过程中一旦NAT设备异常，即使存在热备，所有的TCP连接也会断开

NAT和代理服务器的区别

• 从应用上讲, NAT设备是网络基础设备之一, 解决的是IP不足的问题. 代理服务器则是更贴近具体应用, 比如通过代理服务器进行, 另外像迅游这样的加速器, 也是使用代理服务器.
• 从底层实现上讲, NAT是工作在网络层, 直接对IP地址进行替换. 代理服务器往往工作在应用层
• 从使用范围上讲, NAT⼀般在局域网的出口部署, 代理服务器可以在局域网做, 也可以在广域网做, 也可以跨网
• 从部署位置上看, NAT⼀般集成在防火墙, 路由器等硬件设备上, 代理服务器则是⼀个软件程序, 需要部署在服务器上

代理服务器的技术

• ：广域网中的代理
• 负载均衡：局域网中的代理

NAT与桥接模式的区别

• 桥接模式：此模式虚拟机就是局域网一台独立的主机，需要手动配置IP地址、子网掩码，而且还要和本机处于一个网段才行，这样才能够和本机进行通信。同时，配置好网关和DNS的地址之后，以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网
• NAT模式：此模式虚拟机借助NAT功能，通过本机的网络来访问互联网。NAT模式下的虚拟机的TCP/IP配置信息是由VMnet8（NAT）虚拟网络的DHCP服务器提供的，无法进行手动修改，因此虚拟机就无法和局域网中的其他主机进行通信。
• 像我的虚拟机就是采用NAT模式网络连接，可以先在Windows下的cmd命令窗口输入窗口输入ipconfig，找到VMnet8选项，可以找到IPv4的地址和子网掩码

        

           我们可以在虚拟机中看一下虚拟机的IP地址和子网掩码