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相关专栏计算机网络那些事 我们在 IP协议 一文中介绍过由于IPv4协议中 IP地址只有32位导致最多只能表示 42亿9千万个IP地址。但我们需要通过IP地址来标识网络上的每一个设备因此我们期望 IP地址是唯一的。这样42亿9千万放在现在这个万物互联的时代已经捉襟见肘了。为了缓解这一问题NAT协议就应运而生了。
一、NAT技术是什么 NATNetwork Address Translation网络地址转换是一种用于重新映射一个IP地址空间到另一个IP地址空间的技术通常用于将多个私有或内部IP地址转换为单一的公有或外部IP地址。这使得使用私有IP地址的设备可以连接到互联网上。 即以一当千通过一个 IP 代表一大波设备
将 IP地址分为两大类
内网IP/私网IP外网IP/公网IP 要求公网 IP必须是唯一的但是私网 IP在不同的局域网中是允许重复的 这样运营商的公网 IP不是服务一个设备而是服务一个片区可能有上万个设备。此时一个 IP 就代表了上万个设备此时 IP 的利用率就大大提高了。
二、NAT IP转换过程 NAT路由器将源地址从 10.0.0.10 替换成全局的IP 202.244.174.37NAT路由器收到外部的数据时⼜会把⽬标IP从 202.244.174.37 替换回 10.0.0.10在NAT路由器内部有⼀张⾃动⽣成的⽤于地址转换的表当 10.0.0.10 第⼀次向 163.221.120.9 发送数据时就会⽣成表中的映射关系
这里NAT路由器为其内部网络分配IP地址时有两种分配方式 静态NAT为内部网络中的每个主机固定分配一个全球唯一的 IP地址。这意味着内部主机总是映射到相同的全局IP地址。 动态NAT为内部网络中的主机提供一组全球唯一 IP地址池。当内部主机需要与外部网络通信时会从这个池中分配一个全局IP地址给它。 三、NAPT/PAT
但这样还是出现很多问题的如果局域⽹内有多个主机都访问同⼀个外⽹服务器那么对于服务器返回的数据中⽬的IP都是相同的。NAT路由器该如何判定将这个数据包转发给哪个局域⽹的主机?
这时候 NAPT 来解决这个问题了。
这是最常用的NAT形式之一它不仅改变了IP地址还改变了传输层的端口号。NAPT允许大量的内部主机共享同一个或少数几个公网IP地址通过跟踪每个会话的端口号来区分不同的内部主机。使⽤IPport来建⽴这个关联关系 这种关联关系也是由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后就会删除这个表项
四、NAT技术的优缺点
由于NAT依赖这个转换表所以有诸多限制
⽆法从NAT外部向内部服务器建⽴连接 这也是为什么我们在自己电脑上开发的网站别人无法直接进行访问的原因。因为我们设备处于一个私网处于其它私网的设备也就无法直接使用了。需要将我们的网站部署在公网上获得一个公网IP其它用户才能正常进行访问 装换表的⽣成和销毁都需要额外开销通信过程中⼀旦NAT设备异常即使存在热备所有的TCP连接也都会断开
NAT 的优势
解决IP地址短缺问题 NAT通过允许内部网络使用私有IP地址如10.x.x.x, 172.16.x.x至172.31.x.x, 或192.168.x.x然后在这些地址和有限的公共IP地址之间进行转换有效地缓解了IPv4地址的耗尽问题。 节省公网IP地址资源 由于NAT可以允许多个设备共享一个或少数几个公网IP地址因此它有助于节省宝贵的公网IP地址资源。 提高网络安全性 NAT隐藏了内部网络的结构因为外部观察者只能看到转换后的IP地址而看不到内部网络的实际地址。这种隐蔽性增加了黑客攻击内部网络的难度。 简化网络管理 使用私有地址段意味着组织可以自由地重新配置其内部网络而无需担心外部影响。此外当内部主机的数量增加或减少时管理员只需要管理较少数量的公网IP地址。 易于扩展 由于内部地址是私有的并且不会与其他网络冲突所以可以轻松地添加或更改内部网络结构而不会影响外部连接。 支持服务发布 通过端口地址转换PATNAT可以用来将特定的服务发布到互联网例如Web服务器、邮件服务器等同时仍然保持内部网络的安全性。 并且 NAT 有⼀个最⼤的优点
不需要更新硬件设备只更新软件就可以解决 IP 地址不够⽤的问题! 也正是这一优点几乎阻断了 IPv6 协议的发展。因为IPv6与IPv4并不兼容需要重新部署硬件设备更新成本更高也就迟迟不能得到普及了。 那么本篇文章就到此为止了如果觉得这篇文章对你有帮助的话可以点一下关注和点赞来支持作者哦。如果有什么讲的不对的地方欢迎在评论区指出希望能够和你们一起进步✊
