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NAT协议的原理

时间:2008-09-10 来源: 作者: 点击:
IP地址耗尽促成了CIDR的开发,但CIDR开发的主要目的是为了有效的使用现有的internet地址。而同时根据RFC 1631(IP Network Address Translator)开发的NAT却可以在多重的internet子网中使用相同的IP,用来减少注册IP地址的使用。 NAT技术使得一个私有网络可以通过intern
  IP地址耗尽促成了CIDR的开发,但CIDR开发的主要目的是为了有效的使用现有的internet地址。而同时根据RFC 1631(IP Network Address Translator)开发的NAT却可以在多重的internet子网中使用相同的IP,用来减少注册IP地址的使用。
  NAT技术使得一个私有网络可以通过internet注册IP连接到外部世界,位于inside网络和outside网络中的NAT路由器在发送数据包之前,负责把内部IP翻译成外部合法地址。内部网络的主机不可能同时于外部网络通信,所以只有一部分内部地址需要翻译。
  NAT的翻译可以采取静态翻译(static translation)和动态翻译(dynamic translation)两种。静态翻译将内部地址和外部地址一对一对应。当NAT需要确认哪个地址需要翻译,翻译时采用哪个地址pool时,就使用了动态翻译。采用port
  multiplexing技术,或改变外出数据的源port技术可以将多个内部IP地址影射到同一个外部地址,这就是PAT(port address translator)。
  当影射一个外部IP到内部地址时,可以利用TCP的load distribution技术。使用这个特征时,内部主机基于round-robin机制,将外部进来的新连接定向到不同的主机上去。注意:load distributiong只有在影射外部地址到内部的时候才有效。
  
  NAT使用的几种情况:
  a,连接到internet,但却没有足够的合法地址分配给内部主机。
  b,更改到一个需要重新分配地址的ISP。
  c,有相同的IP地址的两个internat合并。
  d,想支持负载均衡(主机)。
  
  采用NAT后,一个最主要的改变就是你失去了端对端IP的traceability,也就是说,从此
  你不能再经过NAT使用ping和traceroute,其次就是曾经的一些IP对IP的程序不再可以正常运行,潜在的不易被观察到的缺点就是增加了网络延时。
  
  NAT可以支持大部分IP协议,但有几个协议需要注意,首先tftp,rlogin,rsh,rcp和ip
  multicast都被NAT支持,其次就是bootp,snmp和路由表更新全部给拒绝了。
  
  NAT的几个相关概念:
  Inside Local IP address: 指定于内部网络的主机地址,全局唯一,但为私有地址。
  Inside Global IP address: 代表一个或更多内部IP到外部世界的合法IP。
  Outside Global IP address: 外部网络主机的合法IP。
  Outside Local IP address: 外部网络的主机地址,看起来是内部网络的,私有地址。
  Simple Translation Entry: 影射IP到另一个地址的Entry。
  Extended Translation Entry:影射IP地址和端口到另一个pair的Entry。
  采用NAT,可以实现以下几个功能:
  a,Translation inside local addresses
  b,Overloading inside global addresses
  c,TCP load distribution
  d,Handing overlapping networks
  下面我们一一叙述它们的工作原理。
  
  a,内部地址翻译(Translation inside local addresses):
  这是比较通用的一种方法,将内部IP一对一的翻译成外部地址。
  在内部主机连接到外部网络时,当第一个数据包到达NAT路由器时,router检查它的NAT表,因为是NAT是静态配置的,故可以查询出来(simply entry),然后router将数据包的内部局部IP(源地址)更换成内部全局地址,再转发出去。外部主机接受到数据包用接受到的内部全局地址来响应,NAT接受到外部回来的数据包,再根据NAT表把地址翻译成内部局部IP,转发过去。
  b,内部全局地址复用(overloading inside glogal addresses)
  使用地址和端口pair将多个内部地址影射到比较少的外部地址。这也是所谓的PAT。和内部地址翻译一样,NAT router同样也负责查表和翻译内部IP地址,唯一的区别就是由于使用了overloading,router将复用同样的内部全局IP地址,并存储足够的信息以区分它和其他地址,这样查询出来的是extended entry。
  NAT router和外部主机的通讯采用翻译过的内部全局地址,故同一般的通信没有差别,router到内部主机通讯时,同样要查NAT表。
  
  c,TCP负载重分配(TCP load distributing)和以上两种操作不同,这是NAT由外到内的翻译,所以那种以为WEB server一定要放置到
  NAT外部的说法是错误的。
  工作原理:外部主机向虚拟主机(定义为内部全局地址)通讯,NAT router接受外部主机的请求并依据NAT表建立与内部主机的连接,把内部全局地址(目的地址)翻译成内部局部地址,并转发数据包到内部主机,内部主机接受包并作出响应。NAT router再使用内部局部地址和端口查询数据表,根据查询到的外部地址和端口做出响应。
  此时,如果同一主机再做第二个连接,NAT router将根据NAT表将建立与另一虚拟主机的连接,并转发数据。
  
  d,处理重叠网络。
  这种方法主要用于两个intranet的互连,同样给我们处理两个重叠网络提供了方法。它的实现要求DNS server的支持(用于区别两个不同的主机)。
  1,主机A要求向主机C建立连接,先象DNS server做地址查询。
  2,NAT router截获DNS的响应,如果地址有重叠,将翻译返回的地址。它将创建一个simply entry把重叠的外部全局地址(目的地址)翻译成外部局部地址。
  3,路由器转发DNS响应到主机A,它已经把主机C的地址(外部全局地址)翻译成外部局部地址。
  4,当路由器接受到主机C的数据包时,它将建立内部局部、全局,外部全局、局部地址间的转换,主机A将由内部局部地址(源地址)翻译成内部全局地址,主机C将由外部全局地址(目的地址)翻译成外部局部地址。
  5,主机C接受数据包并继续通讯。
  
  =NAT的具体配置和校验不再叙述
  
  测试题目:
  1,请问NAT实现四种功能时查询的NAT表格是否相同,如果不同,说出它们的区别。
  2,在使用动态地址翻译时,要使用ACL,请问标准的和扩展的ACL都可以使用吗?
  3,在配置NAT后,所有数据包的交换可以走fast-switch吗?
  4,如果NAT router没有在NAT表格中查询到NAT地址影射,它如何处理发自内部主机的数据包?
  5,NAT操作时,由外到内和由外到内的翻译是否相同?
  6,我们是否可以将我们的WEB SERVER放置到配置了NAT的router后的LAN里?
  7,使用simply entry的是NAT的哪种操作方式?
  8,在哪种操作中更换IP数据包的目的地址,又在实现什么功能时更改源地址?
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