【NAT】网络地址转换_net转换

1.NAT简介

1.1 NAT概念

NAT（Network Address Translation）又称为网络地址转换，用于实现私有网络和公有网络之间的互访。

私有网络地址和公有网络地址

公有网络地址（以下简称公网地址）是指在互联网上全球唯一的IP地址。2019年11月26日，是人类互联网时代值得纪念的一天，全球近43亿个IPv4地址已正式耗尽。

私有网络地址（以下简称私网地址）是指内部网络或主机的IP地址，IANA（互联网数字分配机构）规定将下列的IP地址保留用作私网地址，不在Internet上被分配，可在一个单位或公司内部使用。

RFC1918中规定私有地址如下：

A类私有地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B类私有地址：172.16.0.0～172.31.255.255

C类私有地址：192.168.0.0～192.168.255.255

1.2 NAT功能

NAT不仅能解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的入侵，隐藏并保护网络内部的计算机。

• 宽带分享：这是NAT主机的最大功能。

• 安全防护：NAT之内的PC联机到Internet上面时，他所显示的IP是NAT主机的公网IP，所以Client端的PC就具有一定程度的安全了，外界在进行 portscan（端口扫描）的时候，就侦测不到源Client端的PC 。

优点：节省公有合法IP地址、处理地址重叠、增强灵活性、安全性

缺点：延迟增大、配置和维护的复杂性、不支持某些应用（比如VPN）.

1.3 NAT工作原理

• NAT用来将内网地址和端口号转换成合法的公网地址和端口号，建立一个会话，与公网主机进行通信；

• 

• NAT外部的主机无法主动跟位于NAT内部的主机通信，NAT内部主机想要通信，必须主动和公网的一个IP通信，路由器负责建立一个映射关系，从而实现数据的转发；

2.NAT的分类

2.1 静态NAT

静态NAT实现私网地址和公网地址的一对一转换。有多少个私网地址就需要配置多少个公网地址。静态NAT不能节约公网地址，但可以起到隐藏内部网络的作用。

内部网络向外部网络发送报文时，静态NAT将报文的源IP地址替换为对应的公网地址；外部网络向内部网络发送响应报文时，静态NAT将报文的目的地址替换为相应的私网地址。

2.2 动态NAT

多个私网IP地址对应多个公网IP地址,基于地址池一对一映射.

• 配置外部网口和内部网口的IP地址

• 定义合法IP地址池

2.3 PAT

PAT端口多路复用,又称为NAPT（Network Address Port Translation），它实现一个公网地址和多个私网地址之间的映射，因此可以节约公网地址。PAT的基本原理是将不同私网地址的报文的源IP地址转换为同一公网地址，但他们被转换为该地址的不同端口号，因而仍然能够共享同一地址。

PAT有以下作用：

• 改变数据包的IP地址和端口号；

• 能够大量节约公网IP地址。

PAT有以下类型：

• 静态PAT：包括NAPT和Easy IP；

• 动态PAT：包括NAT Server。

2.3.1 NAPT

多个私网IP地址对应固定外网IP地址（比如200.1.1.10），配置方法与动态NAT类似.

• 配置外部网口和内部网口的IP地址

• 定义合法IP地址池

2.3.2 Easy_IP

多个私网IP地址对应路由器外网接口的公网IP地址（比如12.0.0.1）

• 配置外部网口和内部网口的IP地址

• 由于直接使用外网口IP地址，所以不用再定义IP地址池

2.3.3 Net Server

端口映射，将私网地址端口映射到公网地址，实现内网服务器供外网用户访问.

3.实验：NAT种类的应用场景

实验拓扑图如下所示：

实验要求及步骤如下所示：

（1）实现外网客户端Client3连接并访问内网服务器Server2;

给内网服务器Server2配置IP地址和网关；

给外网客户端Client3配置IP地址和网关；

在路由器R1上配置如下命令配置；

#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat server protocol tcp global 12.0.0.120 8888 inside 192.168.1.3 www
#
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此时，尝试用外网的主机和客户端连接内网的服务器；

尝试用外网的主机和客户端连接内网服务器映射的外网地址；

外网客户端此时依然能够与内网服务器的私有地址（192.168.1.3）建立HTTP的80端口连接；

尝试让外网客户端与内网服务器的映射外网地址（12.0.0.120）建立HTTP的8888端口连接；（后来百度了解到问题所在：ping是采用网络层的ICMP协议，而访问服务器采用的是传输层的HTTP协议，疑惑得到解答）。

问题与疑惑：！！！！！！！！！！！（HTTP能够访问，但无法连通）
此时外网客户端能够通过访问12.0.0.120的HTTP连接，却无法与内网服务器连通；

尝试外网主机能否与内网服务器建立连接；

分析可得：

应该是路由器模拟器出现了小失误导致的，外网能够通过HTTP与内网服务器访问，却无法与内网服务器互连，理论上已经出现错误，重启路由器，重新配置端口和命令；

此时尝试更改路由器与外网接口的出方向的IP地址作为，内网服务器的映射地址；

#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat server protocol tcp global current-interface 8080 inside 192.168.3.1 www
#

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再次尝试外网客户端与内网服务器的连接；（因为路由器外网出接口的IP地址不仅是内网服务器的映映射地址，也是外网客户端的网关地址）

（2）实现主机PC1和主机PC2采用NAT静态配置,访问外网服务器；

将主机PC1的IP地址（192.168.1.1）转换为外网地址（12.0.0.210）；将主机PC2的IP地址（192.168.1.2）转换为外网地址（12.0.0.220）；

[R1]nat static global 12.0.0.11 inside 192.168.1.1
[R1]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]nat static enable
[R1-GigabitEthernet0/0/1]q
[R1]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]nat static global 12.0.0.22 inside 192.168.1.2
[R1-GigabitEthernet0/0/1]q
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通过抓取路由器左右两端的数据包进行查看，数据流在进出方向上是否实现NAT的转换；

通过数据包可以看出，经过路由器的NAT转换功能，数据包从内网发往外网时，NAT会将数据包源IP地址由私网地址转换成公网地址；当响应的数据包要从外网发给内网时，NAT会将数据包目的IP地址由公网IP转换成私网IP地址。

至此，该实验已圆满结束！

(3)为主机PC1设置地址池（12.0.0.30-12.0.0.34），与外网服务器访问，并设置ACL禁止该IP地址（12.0.0.35）的数据包，禁止连接外网服务器；

先不设置ACL源IP地址对外网服务器访问的限制，此时路由器的命令配置如下：

#
 nat address-group 1 12.0.0.30 12.0.0.40
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat outbound 2000 address-group 1 no-pat
#
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此时查看主机PC1连接外网服务器的数据包；

此时路由器的命令配置如下所示：

#
acl number 2000  
 rule 3 deny source 12.0.0.35 0 
 rule 5 permit 
 #
 nat address-group 1 12.0.0.30 12.0.0.34
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat outbound 2000 address-group 1 no-pat
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查看此时PC主机连接服务器的数据包，连通情况；

至此，该实验已圆满结束！

（4）主机PC1和主机PC2映射为同一个IP地址，不同的端口号，与外网服务器连接；

NAPT的用法：多个私网IP地址对应固定外网IP地址（比如12.0.0.100），路由器配置如下：

#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 
 #
 nat address-group 1 12.0.0.120 12.0.0.120
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat outbound 3000 address-group 1 
#
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查看此时路由器左右两端的数据包流向；

EASY-IP的用法：多个私网IP地址对应路由器外网接口的公网IP地址（12.0.0.254）

#
acl number 3000  
 rule 5 permit ip source 192.168.1.0 0.0.0.255 
#
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.254 255.255.255.0 
 nat outbound 3000
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查看此时路由器左右两端的数据包流向；