简述地址转换的原理,即nat的工作过程

简述地址转换的原理，即NAT的工作过程

背景

在互联网中，每个设备都要有一个唯一的IP地址才能成功通信。然而，IPv4地址空间的紧缩和设备的数量爆增已经导致了IPv4地址枯竭的问题。能够使用的IPv4地址变得越来越少，而IPv6还没有完全普及，因此一些解决方案被提出来，NAT就是其中之一。

定义

NAT，即网络地址转换，它是一种将私有地址转换为公共地址的技术。简单来说，私有地址是指在局域网内用于本地通信的地址，而公共地址是指在互联网中可用的全球唯一的地址。

NAT原理

NAT的基本原理是使用一个公共IP地址与多个私有IP地址通信，并通过“端口映射”来实现将传入的数据包转发到正确的私有IP地址上。这个过程包括四个步骤：

1. 路由器获得数据包

当一个数据包从公共网进入路由器时，路由器会接收到一个公共IP地址和一个非标准的端口号。

2. 路由器查找端口映射表

路由器在内部端口映射表中查找目标IP地址和端口，以确定该数据包应该转发到哪个私有地址上。

3. 路由器修改数据包

路由器将数据包的目标地址和端口号由公共地址转换为私有地址和对应端口号，以便将数据包传递到本地网络中正确的设备。

4. 路由器将数据包传输到本地网络中的设备

路由器将修改后的数据包传输到私有地址上的正确设备。

NAT的工作过程

在使用NAT的网络中，NAT设备通常被放置在网络边界上，扮演着路由器的角色。其主要功能是我的跟踪哪个IP地址试图与外部建立连接，并创建端口映射，将私有IP地址和端口映射到公共IP地址和端口上。

具体而言，当设备A要发送数据包到公共IP地址上时，NAT设备将获取该数据包，并将数据包中的源IP地址和端口号更改为NAT设备的公共IP地址和一个新的随机端口。然后，NAT设备在其端口映射表中添加一个映射，以便在将来的退回数据包中使用，并将数据包发送到目标服务器。

当服务器返回响应时，它将响应发送到NAT设备，NAT设备收到响应后将查找其端口映射表以确定响应应转发到哪个设备，并修改响应中的IP地址和端口号以匹配到达Nat设备的原始请求。

协议

NAT主要支持TCP，UDP和ICMP协议，但可能不支持某些更高级别的网络协议。

优点

- 提高网络安全性：因为内部设备不再公开其IP地址，NAT可以提高网络安全性。

- 节省IP地址：将所有内部地址转换为一个公共地址，这样可以节省IP地址。

- 简化网络配置：NAT可以简化网络配置，因为网关不需要每个设备都有公共IP地址。

缺点

- NAT会影响网络的性能，由于端口映射的过程需要额外的计算，这可能会增加延迟。

- NAT可能会导致一些网络应用程序怠慢。某些网络应用程序需要访问所有有效的端口，但是NAT设备只会映射一些端口。