【转载】NAT（Network Address Translation ）——解决IPV4地址短缺之道的方法初识
什么是NAT
NAT作为一种减轻IPv4地址空间耗尽速度的方法，最早出现在Cisco IOS 11.2版本中。
它有什么用？
IP地址不足；这种通过使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。
隐藏内部网络；NAT不仅能解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。NAT 之内的 PC 联机到 Internet 上面时，他所显示的 IP 是 NAT 主机的公共 IP，所以Client端的PC当然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 。
能够处理地址重复情况，避免了地址的重新编号，增加了编址的灵活性。
可以使多个使用TCP负载特性的服务器之间实现基本的数据包负载均衡。
NAT的实现原理
NAT的原理是，在路由器中维护一张映射表，该表如下表所示：
Protocol Inside Local IP(Address:Port) Inside Global IP(Adress:Port Outside Global IP(IP Address:Port)
TCP 10.1.1.1:80 10.1.1.127:80 172.20.7.3:3058
TCP 10.1.1.2:80 10.1.1.127:80 172.21.7.3:4371
TCP 10.1.1.3:80 10.1.1.127:80 172.20.7.3:3062
在局域网内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在路由器（可以理解为出口，打个比方就像院子的门一样）处，将内部地址替换成公用地址（不同端口进行标志），从而在外部公网（internet）上正常使用，NAT可以使多台计算机共享Internet连接，这一功能很好地解决了公共 IP地址紧缺的问题。
补充知识：内部、外部IP地址
虽然内部地址可以随机挑选，但是通常使用的是下面的 地址：10.0.0.0~10.255.255.255，172.16.0.0~172.16.255.255， 192.168.0.0~192.168.255.255。NAT将这些无法在互联网上使用的保留IP地址翻译成可以在互联网上使用的合法IP地址。而全 局地址，是指合法的IP地址，它是由NIC（网络信息中心）或者ISP(网络服务提供商)分配的地址，对外代表一个或多个内部局部地址，是全球统一的可寻 址的地址。
它的不足是什么？
由于NAT要在边界路由器上进行地址的转换，增大了传输的延迟。
由于NAT改动了IP地址，失去了跟踪端到端IP流量的能力。当出现恶意流量时，会使故障排除和流量跟踪变的更加棘手。
不支持一些特定的应用程序。如早期版本的MSN。
增大了资源开销。处理NAT进程增加了CPU的负荷，并需要更多内存来存储NAT表项。
它的种类和特点
NAT的实现方式有三种，即静态转换Static Nat、动态转换DynamicNat和端口多路复用OverLoad。
- 静态转换
静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换，可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备（如服务器）的访问。
- 动态转换
动态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址是不确定的，是随机的。也就是说，只要指定哪些内部地址可以进行转换，以及用哪些合法地址作为外部地址时，就可以进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。当ISP提供的合法IP地址略少于网络内部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。
- 端口多路复用（Port address Translation,PAT)
是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换，即端口地址转换（PAT，Port Address Translation).采用端口多路复用方式。内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自internet的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。
- 应用级网关 ALG（Application Level Gateway）
ALG（Application Level Gateway），即应用程序级网关技术：传统的NAT技术只对IP层和传输层头部进行转换处理，但是一些应用层协议，在协议数据报文中包含了地址信息。为了使得这些应用也能透明地完成NAT转换，NAT使用一种称作ALG的技术，它能对这些应用程序在通信时所包含的地址信息也进行相应的NAT转换。例如：对于FTP协议的PORT/PASV命令、DNS协议的 “A” 和 “PTR” queries命令和部分ICMP消息类型等都需要相应的ALG来支持。
它要怎么用？
这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。这样，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
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