HCIA---NAT协议
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前言
一.NAT概述
私有IP和公有IP概述：
二.NAT技术原理：
三.NAT的实现方式：
静态NAT：
静态NAT工作流程：
动态NAT ：
NAPT:
思维导图：
前言
在互联网的时代，我们是如何访问互联网的呢？首先会想到通过连接无线网络来访问互联网，
你和邻居都可以连接三大运营商的无线网络，因此三大运营商的网络属于公有网络，而你却无法连接到邻居的无线网络，这种网络一般属于私有网络，私有网络又是如何访问公有网络，让我们能够访问互联网的呢？NAT技术应运而生。
一.NAT概述
NAT是网络地址转换（Network Address Translation）的缩写，是一种在网络中实现地址转换的技术。它主要用于将内部网络中的私有IP地址转换为外部网络中的公共IP地址，从而实现内网与外网之间的通信。在NAT技术中，路由器或防火墙充当着地址转换设备的角色，将内部网络中的私有IP地址转换成公共IP地址，使得内网的计算机可以与外网进行通信。此外，NAT还可以为单个公共IP地址分配多个私有IP地址，从而实现多个内网计算机共享同一个公共IP地址的功能。
私有IP和公有IP概述：
私有IP：
私有IP地址是用于内部网络中的IP地址，用于在局域网中传输数据。它们不能在公共互联网上访问或路由。私有IP地址被分配给本地设备，例如家庭路由器或企业内部网络。
私有地址有三种：
①10.0.0.0~10.255.255.255/8
②172.16.0.0~172.31.255.255/12
③192.168.0.0~192.168.255.255/16
公有IP：
公共IP地址是在公共互联网上用于识别设备的唯一标识符。它们是全球唯一的IP地址，可用于在互联网上与其他设备通信。公共IP地址由互联网服务提供商（ISP）分配给用户设备，例如家庭路由器或企业服务器。
二.NAT技术原理：
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NAT工作在路由器上，当数据包从内部网络发送到外部网络时，NAT将源IP地址从私有IP地址（如10.0.0.1）转换为公共IP地址（如203.0.113.1），以便将数据包传输到外部网络。
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当外部网络发送数据包到内部网络时，NAT将目标IP地址从公共IP地址转换为私有IP地址，以便将数据包传输到内部网络的特定主机。
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NAT通常会维护一个地址转换列表，将内部网络的私有IP地址映射到外部网络的公共IP地址，并在必要时更新这个列表。
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NAT还可以实现端口转换，将内部网络的不同端口映射到外部网络的不同端口，以帮助外部网络访问内部网络的特定服务。
三.NAT的实现方式：
NAT的实现方式有三种，即静态NAT、动态NAT和NAPT。
静态NAT：
静态NAT（网络地址翻译）是一种网络地址转换技术，它将一个公共IP地址映射到一个特定的私有IP地址，以允许私有网络上的计算机访问公共网络（如互联网）。静态NAT使用固定的一对一映射，将一个私有IP地址映射到一个公共IP地址，这个映射是在网络设备（如路由器或防火墙）上配置的。因为映射是静态的，所以它不能自动适应网络环境的变化。
静态NAT工作流程：
当PC1的数据包需要访问环回接口1.1.1.1时，数据包会在PC1上进行封装，封装如下图：
| 三层封装： | |
| 目标IP | 1.1.1.1 24 |
| 源IP | 192.168.1.1 24 |
| 二层封装： | |
| 目标MAC | R1 0/0/0接口 MAC |
| 源MAC | PC1 MAC |
当数据包被转发到R1之后，R1解二层封装发现是自己的MAC地址后，会重新封装数据包，
将目标MAC改为R2 0/0/0 接口的MAC地址，源MAC改为R1接口 0/0/1 接口的,AC地址，之后
通过缺省将数据包转发给R2。.
当数据包来到R2之后，R2首先查看目标MAC是否是自己的MAC地址，确认之后，由于配置了NAT，R2会优先查看三层封装数据，如果发现目标IP是公网IP，会去查看源IP在静态NAT映射表表中是否有映射关系，如果有，会将源IP192.168.1.1改为12.0.0.3，然后进行二层封装，再通过缺省路由转发给ISP。
为什么不改为R2 0/0/1接口 IP？
如果将端口映射表中的映射关系写为12.0.0.1，公网里只要访问R2接口0/0/1的数据包来到R2之后
源IP都会从12.0.0.1转化为192.168.1.1，这样会导致公网的任何一个数据包都无法直接访问R2，因此需要将静态映射表中的公网IP改为12.0.0.3（必须属于公网IP，必须是花钱从运营商买来的）。
| 三层封装： | |
| 目标IP | 1.1.1.1/24 |
| 源IP | 12.0.0.3/24 |
| 二层封装： | |
| 目标MAC | ISP 0/0/0 接口 IP |
| 源MAC | R2 0/0/1接口 MAC |
配置命令：
[r2-GigabitEthernet0/0/2]nat static global 12.0.0.3 inside 192.168.1.2
#查看静态映射表
[r2]display nat static 动态NAT ：
它能够将未注册的IP地址映射到注册IP地址池中的一个地址。不像使用静态NAT那样，你无需静态地配置路由器，使其将每个内部地址映射到一个外部地址，但必须有足够的公有因特网IP地址，让连接到因特网的主机都能够同时发送和接收分组。
#创建公网IP组
#创建一个组号为1的公网IP组，起始IP为12.0.0.4 终止IP为12.0.0.8
[r2]nat address-group 1 12.0.0.4 12.0.0.8
#利用ACL抓取私网IP流量
[r2]acl 2000
[r2-acl-basic-2000]rule permit source 192.168.1.0 0.0.0.255
#将公网IP组和ACL抓取的流量对应
[r2-GigabitEthernet0/0/2]nat outbound 2000 address-group 0 no-pat
动态NAT缺点：上网需求过大时，延迟会较高
NAPT:
网络地址端口转化
通过使用NAPT，只需使用一个公网ip地址，就可将数千名用户连接到因特网。其核心之处就在于利用端口号实现公网和私网的转换。
面对私网内部数量庞大的主机，如果NAT只进行IP地址的简单替换，就会产生一个问题：当有多个内部主机去访问同一个服务器时，从返回的信息不足以区分响应应该转发到哪个内部主机。此时，需要NAT设备根据传输层信息或其他上层协议去区分不同的会话，并且可能要对上层协议的标识进行转换，比如TCP或UDP端口号。这样NAT网关就可以将不同的内部连接访问映射到同一公网IP的不同传输层端口，通过这种方式实现公网IP的复用和解复用。这种方式也被称为端口转换PAT、NAPT或IP伪装，但更多时候直接被称为NAT，因为它是最典型的一种应用模式。
| 四层封装： | |
| 目标端口 | 555 |
| 源端口 | 80 |
| 三层封装： | |
| 目标IP | 12.0.0.1 |
| 源IP | 1.1.1.1 |
| 二层封装： | |
| 目标MAC | ISP网关MAC |
| 源MAC | 公网服务器MAC（HTTP） |
#利用ACL抓取流量
[r2]acl 2000
[r2-acl-basic-2000]rule permit source 192.168.1.0 0.0.0.255
#再接口上配置EASY IP
[r2-GigabitEthernet0/0/2]nat outbound 2000
#多对多NAPT配置
#创建公网IP组
#创建一个组号为1的公网IP组，起始IP为12.0.0.4 终止IP为12.0.0.8
[r2]nat address-group 1 12.0.0.4 12.0.0.8
#利用ACL抓取流量
[r2]acl 2000
[r2-acl-basic-2000]rule permit source 192.168.1.0 0.0.0.255
#将公网ip组和ACL抓取的流量对应
[r2-GigabitEthernet0/0/2]nat outbound 2000 address-group 0