【探索Linux】P.45（NAT技能 | NAPT技能）

  
弁言

在上一篇文章中，我们深入探讨了网络层的核心协议——IP协议，它作为互联网通信的基础，确保了数据包能够在复杂的网络环境中正确无误地从源头传送到目的地。然而，随着互联网的迅猛发展和IP地址的日益紧张，一种新的技能应运而生，它就是网络地址转换技能，简称NAT。NAT技能不但缓解了IP地址不敷的标题，还为网络安全提供了额外的保护。接下来，我们将详细剖析NAT技能，特别是其变体NAPT，以及代理服务器在当代网络架构中的应用和重要性。通过本篇文章，您将对这些关键技能有更深入的理解，并相识它们怎样在现实天下中发挥作用。
一、NAT技能

1. NAT技能引入

NAT技能，即网络地址转换技能，是在互联网快速发展导致IPv4地址紧张的背景下发展起来的一种网络技能。随着互联网的爆炸性增长，IPv4地址的有限性成为了一个严重的标题。IPv4使用32位地址，理论上最多可以提供约43亿个地址，但这个数量远远不能满足全球互联网装备的需求。NAT技能应运而生，通过允很多个装备共享一个或少数几个公网IP地址，有效缓解了这一标题。
2. NAT技能简介

（1）基本原理

NAT技能通过在网络边界装备上转换数据包的源IP地址或目的IP地址来工作。当内部网络（私网）的装备实验与外部网络（公网）通信时，NAT装备将私网IP地址转换为公网IP地址。这一过程对于通信的两边是透明的。

✅如上图所示：NAT路由器实现了内部私有IP地址与外部公共IP地址之间的转换。当10.0.0.10这个内部地址发送数据到互联网上的163.221.120.9时，NAT路由器会将其源地址更改为一个全局IP，比如202.244.174.37。收到外部数据时，路由器再将目标IP从公共IP转换回私有IP。这一过程通过NAT路由器内部的地址转换表主动管理，首次通信时即创建映射关系。
（2）主要范例

• 静态NAT（Static NAT）：为内部网络中的每个装备设置一个固定的公网IP地址映射。
  
• 动态NAT（Dynamic NAT）：使用一个公网IP地址池，动态地为内部装备分配公网IP地址。
  
• NAPT（Network Address Port Translation）：也称为端口地址转换，允很多个装备共享单个公网IP地址，通过端口号区分差别的通信会话。
  
• Easy IP：一种简化的NAPT，通常用于拨号毗连，使用当前的公网接口地址举行转换。
  

（3）技能长处

• 节省IP地址：允很多个装备共享少量的公网IP地址。
  
• 增强安全性：隐蔽内部网络结构，淘汰外部攻击的风险。
  
• 简化网络管理：便于网络管理员管理地址分配和路由策略。
  

（4）技能挑衅

• 应用步伐兼容性：某些依赖于IP地址的应用可能无法在NAT环境下正常工作。
  
• 网络复杂性：增加了网络设置和管理的复杂性。
  
• 性能影响：NAT装备需要处理大量的数据包转换，可能影响网络性能。
  

（5）应用场景

NAT技能广泛应用于家庭、企业和服务提供商网络中。它使得家庭用户能够使用单个公网IP地址毗连多个装备到互联网，同时也被企业用来优化IP地址的使用并保护内部网络不受外部直接访问。
二、NAPT

⭕当多个局域网主机访问同一个外网服务器时，会出现一个标题：服务器返回的数据包目的IP地址雷同，NAT路由器怎样区分并正确地将这些数据包转发给局域网中的特定主机呢？
这个标题可以通过网络地址端口转换（NAPT，也称为NAT Overload）技能来办理。NAPT不但使用IP地址，还结合端口号来创建映射关系。这意味着NAT路由器会为每个会话分配一个唯一的端口号，从而确保纵然目的IP雷同，也能根据IP地址和端口号的组合正确地识别并转发数据到局域网中的相应主机。

NAT路由器主动维护这种基于IP地址和端口号的关联关系。例如，在TCP毗连的情况下，当创建毗连时，NAT路由器会创建相应的表项来记录这种映射关系。一旦毗连断开，相应的表项就会被主动删除，开释资源以供其他会话使用。这个过程确保了NAT路由器能够有效地管理和转发数据，纵然在高流量和多个并发毗连的情况下。
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