NAT技术原理、使用场景

随着Internet的发展和网络应用的增多，有限的IPv4公有地址已经成为制约网络发展的瓶颈。为解决这个问题，NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术应需而生。
NAT技术主要用于实现内部网络的主机访问外部网络。一方面NAT缓解了IPv4地址短缺的问题，另一方面NAT技术让外网无法直接与使用私有地址的内网进行通信，提升了内网的安全性。
我们将了解NAT的技术背景， 学习不同类型NAT的技术原理、使用场景。

私网IP地址

公有地址：由专门的机构管理、分配，可以在Internet上直接通信的IP地址。
私有地址：组织和个人可以任意使用，无法在Internet上直接通信，只能在内网使用的IP地址。
A、B、C类地址中各预留了一些地址专门作为私有IP地址：
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

NAT技术原理

NAT：对IP数据报文中的IP地址进行转换，是一种在现网中被广泛部署的技术，一般部署在网络出口设备，例如路由器或防火墙上。

NAT的典型应用场景：在私有网络内部（园区、家庭）使用私有地址，出口设备部署NAT，对于“从内到外”的流量，网络设备通过NAT将数据包的源地址进行转换（转换成特定的公有地址），而对于“从外到内的”流量，则对数据包的目的地址进行转换。

通过私有地址的使用结合NAT技术，可以有效节约公网IPv4地址。

静态NAT原理

静态NAT：每个私有地址都有一个与之对应并且固定的公有地址，即私有地址和公有地址之间的关系是一对一映射。
支持双向互访：私有地址访问Internet经过出口设备NAT转换时，会被转换成对应的公有地址。同时，外部网络访问内部网络时，其报文中携带的公有地址（目的地址）也会被NAT设备转换成对应的私有地址。

静态NAT转换示例

静态NAT配置介绍
1.方式一：接口视图下配置静态NAT

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat static global { global-address} inside {host-address }

2.方式二：系统视图下配置静态NAT

[Huawei] nat static global { global-address} inside {host-address }

配置命令相同，视图为系统视图，之后在具体的接口下开启静态NAT。

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat static enable

在接口下使能nat static功能。

静态NAT配置示例

动态NAT原理
动态NAT：静态NAT严格地一对一进行地址映射，这就导致即便内网主机长时间离线或者不发送数据时，与之对应的公有地址也处于使用状态。为了避免地址浪费，动态NAT提出了地址池的概念：所有可用的公有地址组成地址池。

当内部主机访问外部网络时临时分配一个地址池中未使用的地址，并将该地址标记为“In Use”。当该主机不再访问外部网络时回收分配的地址，重新标记为“Not Use”。

动态NAT转换示例 (1)

动态NAT转换示例 (2)

动态NAT配置介绍
1.创建地址池

[Huawei] nat address-group group-index start-address end-address

配置公有地址范围，其中group-index为地址池编号，start-address、end-address分别为地址池起始地址、结束地址。

2.配置地址转换的ACL规则

Huawei] acl number

[Huawei-acl-basic-number ] rule permit source source-address source-wildcard

配置基础ACL，匹配需要进行动态转换的源地址范围。

3.接口视图下配置带地址池的NAT Outbound

[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] nat outbound acl-number address-group group-index [ no-pat ]

接口下关联ACL与地址池进行动态地址转换，no-pat参数指定不进行端口转换。

动态NAT配置示例

NAPT原理
动态NAT选择地址池中的地址进行地址转换时不会转换端口号，即No-PAT（No-Port Address Translation，非端口地址转换），公有地址与私有地址还是1:1的映射关系，无法提高公有地址利用率。

NAPT（Network Address and Port Translation，网络地址端口转换）：从地址池中选择地址进行地址转换时不仅转换IP地址，同时也会对端口号进行转换，从而实现公有地址与私有地址的1:n映射，可以有效提高公有地址利用率。

NAPT转换示例 (1)

NAPT转换示例 (2)

NAPT配置示例

Easy IP
Easy IP：实现原理和NAPT相同，同时转换IP地址、传输层端口，区别在于Easy IP没有地址池的概念，使用接口地址作为NAT转换的公有地址。

Easy IP适用于不具备固定公网IP地址的场景：如通过DHCP、PPPoE拨号获取地址的私有网络出口，可以直接使用获取到的动态地址进行转换。

NAT Server使用场景
NAT Server：指定[公有地址:端口]与[私有地址:端口]的一对一映射关系，将内网服务器映射到公网，当私有网络中的服务器需要对公网提供服务时使用。

外网主机主动访问[公有地址:端口]实现对内网服务器的访问。

NAT Server转换示例

NAT Server配置示例

在私有网络内使用私有地址，并在网络出口使用NAT技术，可以有效减少网络所需的IPv4公有地址数目，NAT技术有效地缓解了IPv4公有地址短缺的问题。

动态NAT、NAPT、Easy IP为私网主机访问公网提供源地址转换。

NAT Server实现了内网主机对公网提供服务。

静态NAT提供了一对一映射，支持双向互访。