☰

Что означает nat. NAT - это что такое? Настройка NAT. Технология NAT loopback и NAT Traversal

Это абсолютно разные технологии. Не путайте их.

Что такое NAT

NAT - собирательный термин, обозначает технологию трансляции сетевых адресов и/или протоколов. NAT устройства производят над проходящими пакетами преобразования с заменой адресов, портов, протоколов и пр.

Существуют более узкие понятие SNAT, DNAT, маскарадинг, PAT, NAT-PT и т.д.

зачем нужен NAT, как его используют

Для вывода в интернет внутренней сети

  • через пул внешних адресов
  • через один внешний адрес

Для подмены внешнего ip адреса другим (перенаправление трафика)

Для балансировки нагрузки между одинаковыми серверами с разными ip адресами.

Для объединения двух локальных сетей с пересекающейся внутренней адресацией.

как устроен NAT

s+d NAT (branch merging - evil!)

port-mapping, прокидывание портов

Преимущества и недостатки

Несовместим с некоторыми протоколами. Конкретная реализация NAT должна поддерживать инспекцию требуемого протокола.

NAT обладает свойством "экранировать" внутреннюю сеть от внешнего мира, но его нельзя использовать вместо межсетевого экрана.

Настройка на Cisco IOS

Маршрутизаторы и межсетевые экраны Cisco поддерживают различные типы NAT, в зависимости от набора опций ПО. Наиболее используемым является метод NAT с привязкой внутренних локальных адресов в различные порты одного внешнего адреса (PAT в терминологии Cisco).

Для настройки NAT на маршрутизаторе требуется: o Определить трафик, который необходимо транслировать (при помощи access-list’ов или route-map);

Ip access-list extended LOCAL permit ip 10.0.0.0 0.255.255.255 any

Route-map INT1 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/1.1

Аксесс-лист LOCAL выбирает весь трафик из 10 сети.

Роут-мап INT1 выбирает трафик аксесс-листа LOCAL, выходящий через сабинтерфейс Fa 0/1.1

o Определить на какие внешние адреса проводить трансляцию. Выбрать пул внешних адресов. Для PAT достаточно одного адреса.

Ip nat pool GLOBAL 212.192.64.74 212.192.64.74 netmask 255.255.255.0

Задание пула внешних адресов с именем GLOBAL. В пуле всего один адрес.

o Включить NAT для выбранных внутренних и внешних адресов.

Ip nat inside source route-map INT1 pool GLOBAL overload

Включение NAT для трансляции адресов источника на внутреннем интерфейсе. Будет транслироваться только трафик попадающий под условия роут-мапа INT1. Внешний адрес будет браться из пула GLOBAL.

Ip nat inside source static tcp 10.0.0.1 23 212.192.64.74 23 extend

Статическое «прокидывание порта» или «публикация сервиса». В трафике идущем внутрь на адрес 212.192.64.74 на порт tcp 23 будет заменен адресат на адрес 10.0.0.1 и порт 23.

o Назначить внутренние и внешние интерфейсы.

Interface FastEthernet0/0 ip nat inside interface FastEthernet0/1.1 ip nat outside

Интерфейс Fa 0/0 назначен внутренним для NAT.

Сабинтерфейс Fa 0/1.1 назначен внешним для NAT.

O Отладка и диагностика:

Sh ip nat translations - просмотр таблицы текущих трансляций; clear ip nat translations - удалить все текущие трансляции; debug ip nat – включение отладочных сообщений (undebug all – выключение отладки).

Примеры

Приведем несколько демонстрационных примеров для эмулятора cisco Packet Tracer.

Простая схема вывода небольшой сети в интернет через пул внешних адресов

Простая схема вывода сети в интернет через один внешний адрес

Схема объединения сетей с пересекающейся адресацией

Порядок работы NAT

Порядок применения правил NAT различается у различных производителей и на различном оборудовании. Приведем порядок применения политик NAT для маршрутизаторов на cisco IOS:

Inside-to-Outside

If IPSec then check input access list decryption - for CET (Cisco Encryption Technology) or IPSec check input access list check input rate limits input accounting redirect to web cache policy routing routing NAT inside to outside (local to global translation) crypto (check map and mark for encryption) check output access list inspect (Context-based Access Control (CBAC)) TCP intercept encryption Queueing

Outside-to-Inside

If IPSec then check input access list decryption - for CET or IPSec check input access list check input rate limits input accounting redirect to web cache NAT outside to inside (global to local translation) policy routing routing crypto (check map and mark for encryption) check output access list inspect CBAC TCP intercept encryption Queueing

Интернет-канал от одного провайдера через NAT

Простая схема реализации NAT с одним провайдером

Резервирование интернет-канала от двух провайдеров при помощи NAT, ip sla

Дано: мы получаем для нескольких компьютеров интернет от провайдера ISP1. Он выделили нам адрес 212.192.88.150. Выход в интернет организован с этого ip адреса через NAT.

Задача: подключить резервного провайдера - ISP2. Он выделит нам адрес 212.192.90.150. Организовать балансировку трафика: web-трафик пускать через ISP1, прочий трафик - через ISP2. В случае отказа одного из провайдеров - пускать весь трафик по живому каналу.

В чем сложность задачи? clear ip nat translations?

Схема

Конфиг

1 clear ip nat translations *

Найден, оттестирован такой кусок EEM. Не на всех версиях IOS генерируется событие.. Надо уточнить.

! event manager applet NAT-TRACK event syslog pattern "TRACKING-5-STATE" action 0.1 cli command "enable" action 0.2 wait 3 action 0.3 cli command "clear ip nat translation *" action 0.4 syslog msg "NAT translation cleared after track state change" !

2 При падении интерфейса на провайдера, велики шансы, что его шлюз будет пинговаться через второго

! username ИМЯ password 0 ПАРОЛЬ enable secret 0 ПАРОЛЬКОНФИГА! ! контроль входа на маршрутизатор line vty 0 4 login local ! ! ДХЦП ip dhcp pool LAN network ВнутрСеть Маска default-router Шлюз dns-server 10.11.12.13 ! DNS - фиктивный придумали - НЕ из нашей локальной сети! ! ! Монитор пинга на адрес шлюза провайдера-1 ! Ждать ответа 100 мс! Пинговать с частотой 1 секунда ip sla monitor 1 type echo protocol ipIcmpEcho ШлюзПров1 source-interface ИнтерфейсНаПров1 timeout 100 frequency 1 ! ! Монитор пинга на провайдера-2 ip sla monitor 2 type echo protocol ipIcmpEcho ШлюзПров2 source-interface ИнтерфейсНаПров2 timeout 50 frequency 1 ! ! Запуск пинговалок 1 и 2, сейчас и навсегда ip sla monitor schedule 1 life forever start-time now ip sla monitor schedule 2 life forever start-time now ! ! Трэки 10 и 20 - отслеживание состояния пинговалок! Реагирует на состояние Down или Up с задержкой 1 сек. track 10 rtr 1 reachability delay down 1 up 1 ! track 20 rtr 2 reachability delay down 1 up 1 ! ! ! Маршруты на все внешние сети на обоих провайдеров! Маршруты привязаны к трэкам! и будут активироваться только если трэк в состоянии Up ! т.е. если шлюз на соответствующего провайдера доступен ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 ШлюзПров1 track 10 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 ШлюзПров2 track 20 ! ! ! int fa 0/0 no shut ! ! Саб-интерфейсы в сторону внешних провайдеров! помечаются как outside для NAT interface FastEthernet0/0.1 description ISP1 encaps dot1q НомерВланПров1 ip address ipНаПров1 Маска ip nat outside ! interface FastEthernet0/0.2 description ISP2 encapsulation dot1Q НомерВланПров2 ip address ipНаПров2 Маска ip nat outside ! ! Интерфейс на внутр сеть! помечается как inside для NAT ! Привязывается политика маршрутизации PBR interface FastEthernet0/1 ip address ipНаВнутрСеть маска ip nat inside ip policy route-map PBR no shut ! ! Аксесс-листы из внутр сети наружу! На веб-трафик и на все остальное ip access-list extended LOCAL permit ip внутрСеть any ! ip access-list extended WEB permit tcp внутрСеть any eq www permit tcp внутрСеть any eq 443 ! ip access-list extended ALL permit ip any any ! ! ! хитрый рут-мап PBR ! Если трафик из локалки на Веб! то назначить ему шлюзом первого провайдера! Иначе, прочему трафику из локалки! назначить шлюзом второго провайдера. ! При назначении шлюза проверяются Трэки route-map PBR permit 10 match ip address WEB set ip next-hop verify-availability ШлюзПров1 1 track 10 ! route-map PBR permit 20 match ip address ALL set ip next-hop verify-availability ШлюзПров2 1 track 20 ! ! ! хитрый рут-мап ISP1 ! срабатывает если трафик из локалки! пытается выйти через интерфейс Fa0/0.1 route-map ISP1 permit 10 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/0.1 ! ! хитрый рут-мап ISP2 ! срабатывает если трафик из локалки! пытается выйти через интерфейс Fa0/0.2 route-map ISP2 permit 10 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/0.2 ! ! ! Наконец, NAT ;-) ! ! Трафик из локалки в первого провайдера Натить через первый интерфейс ip nat inside source route-map ISP1 interface FastEthernet0/0.1 overload ! ! Трафик из локалки во второго провайдера Натить через второй интерфейс ip nat inside source route-map ISP2 interface FastEthernet0/0.2 overload ! ! Трафик на фиктивный ДНС переНатить на Гугл-ДНС ip nat outside source static 8.8.8.8 10.11.12.13 no-alias ! ! проброс внутреннего порта 3389 на внешний порт 1111 ip nat inside source static tcp внутрХост 3389 внешip 1111 extendable ip nat inside source static tcp внутрХост 3389 внешip 1111 extendable ! !

Разное

CGN (carrier grade nat) с особым пулом приватных адресов

NAT как ALG (application layer gateway), (plain text protocols e.g. SIP)

Доброго времени суток, дорогие читатели! Ну, что давайте про NAT .

Сегодня затронем подробнее тему несколько болезненную и довольно непонятную, но более непонятную, чем болезненную.

В большей степени эта проблема касается тех, кто играет в многопользовательские игры и коротко эта проблема звучит примерно так: "ПОЧЕМУ КО МНЕ НИКТО НЕ ЗАХОДИТ?". Для других эта проблема выглядит несколько иначе, а именно:

  • Почему не качает торрент?
  • Почему пользователи/друзья/знакомые/неизвестные личности не могут подключиться к FTP, WEB, VOIP (TS, Mamble , ведро) и прочим серверам, которые вы так долго пытались настроить и даже проверяли что у вас все работает?
  • Почему ваш личный домашний сервер пустует? Может это вселенский заговор?

Но, однако, нет никакого заговора, виновник всех этих бед находится рядом с вами и хитро подмигивает вам лампочками, а зовут его... роутер, да-да, тот самый, который раздает вам интернет на все ваши (и может быть соседские) девайсы.

Если коротко, то пользователи из интернета просто не могут к вам подключиться, потому что ваш роутер их не пускает, но он делает это не просто из прихоти, а потому, что не знает о том, что все эти люди хотят подключиться именно к вам. Вот он и думает, что они что-то хотят от него самого.

Да, только что я вам обрисовал для чего нужен NAT . А теперь о том, что это такое.

Общее определение

NAT (Network Address Translation) - это такой механизм, который позволяет роутеру определять какие сервисы находятся за роутером и должны быть доступны из интернета, чтобы пользователи оттуда могли этими сервисами пользоваться (определение из вики я брать не стал, т.к. оно заумное и не всем понятное).

NAT присутствует во всех роутерах и серверных операционках в том или ином виде. В роутерах это обычно называется port forwarding , в линуксах iptables , на виндовых серверах - в специальной оснастке. А теперь давайте поговорим о различных типах NAT .

Тип первый, Static NAT

Static NAT не требуется для дома, а нужен в том случае, если провайдер выделил несколько IP адресов (внешние или "белые" адреса) вашей компании, и вам нужно, чтобы некоторые серверы всегда были видны из интернета, при этом их адреса бы не менялись.

Т.е. происходит преобразование адресов 1-1 (один внешний IP назначается одному внутреннему серверу). При такой настройке ваши серверы всегда будут доступны из интернета на любом порту.

  • Преимущество такого метода в том, что вы открываете доступ из интернета именно для определенной программы на определенном компьютере/сервере, все остальные порты компьютера/сервера остаются закрытыми;
  • Недостаток в том, что требуется все порты открывать вручную (иногда программы делают это за вас при помощи технологии UPnP , но такое бывает не всегда).

Послесловие

Получилось несколько сумбурно, да и тема довольно непростая, но надеюсь теперь при слове NAT вас не будет бросать в дрожь:)

Как и всегда, если есть какие-то вопросы, мысли, дополнения и всё такое прочее, то добро пожаловать в комментарии к этой записи.

PS : За существование статьи отдельное спасибо другу проекта и члену нашей команды под ником “barn4k“

Компьютер подключается к глобальной сети несколькими способами. Это может быть прямое подключение, в этом случае имеется внешний IP адрес (динамический или статический), который виден из интернета. Или же подключение может осуществляться через маршрутизатор. При таком подключении внешний адрес имеет только роутер, а все подключенные к нему пользователи являются клиентами другой сети. Роутер берет на себя распределение входящего и исходящего трафика между клиентами и интернетом. Возникает ряд проблем при подключении через маршрутизатор:

  • перестают работать торрент-клиенты;
  • нет возможности подключиться к игровому онлайн серверу;
  • нет обращений к серверу внутренней сети из вне ни по одному протоколу и ни на один порт.

Решить проблему помогает правильная настройка маршрутизатора, а именно сервиса NAT на нем. Для того, чтобы понять, как настроить NAT на роутере , необходимом узнать, что такое трансляция адресов и для чего это используется.

NAT: общие определения

NAT (network address translation) или трансляция сетевых адресов - это процесс перевода внутренних или локальных адресов во внешние. NAT используется абсолютно всеми маршрутизаторами независимо от их конфигурации, назначения и стоимости. По умолчанию роутер запрещает напрямую обращаться к любому устройству, находящимися внутри сети. Он блокирует доступ на любые порты для входящих соединений поступающие из интернета.

Но NAT и Firewall это суть разные понятия. Firewall просто запрещает доступ к ресурсу по определенному TCP или UDP порту, может устанавливаться на локальной машине для ограничения доступа только к ней или же на сервере для фильтрации трафика по всей локальной сети. Перед NAT задача стоит более развернуто. Сервис запрещает или разрешает доступ внутри сети по конкретному IP адресу или диапазону адресов. Таким образом клиент, который обращается к ресурсу не видит действительного IP адреса ресурса. NAT переводит внутренний IP в адрес, который будет виден из интернета.

Чтобы проверить находится ли компьютер за NAT или транслирует в интернет реальный адрес можно следующим образом:

  • в Windows нужно нажать «Пуск - Выполнить - cmd» и прописать ipconfig и нажать «Ввод»;
  • в Linux и MacOS в терминале выполняется ifconfig .

Вывод команды показывает следующие данные:

  • IP - реальный, действительный адрес компьютера;
  • Subnet mask - маска подсети;
  • Gateway - адрес шлюза маршрутизатора.

Как теперь разобрать является ли адрес локальным или же напрямую «смотрит» в интернет. Согласно спецификации, существует четыре диапазона адресов, которые ни при каких обстоятельствах не используются в интернете, а являются исключительно локальными:

  1. 0.0.0 - 10.255.255.255
  2. Х.0.0 - 172.Х.255.255, где Х в диапазоне от 16 до 31.
  3. 168.0.0 - 192.168.255.255
  4. 254.0.0 - 169.254.255.255

В том случае, когда адрес машины попадает в один из этих диапазонов, следует считать, что компьютер находится в локальной сети или «за» NAT. Можно также дополнительно использовать специальные службы, которых есть множество в интернете для определения реального IP адреса. Теперь стало понятнее находится ли компьютер за NAT в роутере что это за сервис, и за то он отвечает.

Проблемы NAT и возможности решения

С момента появления NAT сразу же стали проявляться проблемы. Невозможно было получить доступ по отдельному протоколу или в работе отдельных программ. Данные проблемы так и не удалось полностью устранить, получилось только найти некоторые варианты решения только с использованием трансляции адресов, но ни один вариант решения не является правильным с точки зрения спецификаций администрирования.

В качестве примера можно рассмотреть протокол передачи файлов (FTP), который был саммым распространенным к появлению NAT. Для файловых серверов (FTP) ключевым является реальный IP адрес компьютера, который посылает запрос на доступ. Здесь преобразование адресов не работает, потому что запрос на сервер отправляется с IP, невидимого из интернета. Нет возможности создать сессию клиент-сервер для загрузки файлов. Обойти проблему помогает использование FTP в пассивном режиме. В этом режиме используется другой набор команд, и работа ведется через специальный прокси-сервер, который дополнительно открывает другой порт для соединения и передает его программе клиенту. Проблемой такого решения является то, что необходимо использовать сторонние FTP клиенты.

Полностью избавиться от проблемы доступа получилось только с появлением SOCKS (Socket Secure) протокола. Этот протокол позволяет обмениваться данными через прокси-сервер в «прозрачном» режиме. То есть сервер не будет знать, что происходит подмена адресов с локальных на глобальные и наоборот. Изобретение SOCKS позволило избавиться от ряда проблем и упростить работу администрирования сети:

  • создает на сервере службу, слушающую входящие запросы, что позволяет обслуживать многосвязные протоколы наподобие FTP;
  • нет необходимости использовать и обслуживать службу DNS внутри локальной сети. Теперь такая задача возложена на кэширующие прокси;
  • дополнительные способы авторизации позволяют с большей эффективностью проводить отслеживание и фильтрацию пакетов. Средствами NAT можно фильтровать запросы только по адресам.

Использование NAT и SOCKS не всегда оправдано с точки зрения сетевого администрирования. Иногда более целесообразным является использование специализированных прокси, которых существуете множество для любого протокола передачи данных.

Настройка NAT на компьютере

Все современные операционные системы имеют уже встроенный NAT. В Windows эта функция реализована с 1999 года с появлением Windows XP. Управление NAT осуществляется непосредственно через свойства сетевого подключения. Чтобы настроить службу нужно сделать следующее:

  • Через меню «Пуск» запустить программу «Панель управления».
  • Найти иконку «Сетевые подключения» и запустить ее.
  • В новом окне кликнуть правой кнопкой мыши на активном сетевом подключении и выбрать в выпадающем списке «Свойства».
  • Перейти на вкладку «Дополнительно».
  • Установить галочки напротив «Разрешить другим пользователям сети использовать подключение к интернету данного компьютера».
  • Подтвердить изменение кнопкой «Ок».

Если при выведется сообщение что невозможно запустить службу общего доступа, нужно убедиться, что запущена служба DHCP-клиент. При необходимости можно установить запуск службы принудительно, а не по запросу автоматически.

Настройка NAT на маршрутизаторе

Что такое NAT в роутере , целесообразность его использования и проблемы, которые он может создать было описано выше, теперь можно перейти непосредственно к реализации задачи. Настройка службы на роутере зависит от его модели, используемой прошивки и других параметров. Но достаточно понять механизм, чтобы не возникало сложностей и вопросов по настройке отдельного устройства. Для настройки выполняются следующие действия (в качестве примера настройки выполняются на роутере Zyxel на прошивке v1):

  • В браузере зайти на страницу настроек роутера.
  • Перейти в меню «Network — Routing» на вкладку «Policy routing».

Открывшаяся страница и будет той, которая управляет политиками доступа и маршрутизацией. Здесь необходимо включить службу, активировав переключатель в положение «Enable». Сами настройки выполняются в группе «Criteria». Выбираются параметры NAT по нескольким категориям фильтров:

  • User - трансляция по определенному пользователю.
  • Incoming - по сетевому интерфейсу.
  • Source Address - подмена адреса по адресу источника.
  • Destination Address - по адресу конечного получателя
  • Service - по конкретному порту службы.

В качестве объекта перенаправления можно выбрать следующие варианты:

  • Auto - автоматический выбор объекта назначения. По умолчанию установлен Wan интерфейс.
  • Gateway - шлюз, указанный заранее в настройках.
  • VPN Tunel - соответственно через VPN туннель.
  • Trunk - диапазон интерфейсов, настроенных на совместную работу.
  • Interface - конкретный интерфейс по выбору.

В каждом отдельно взятом роутере настройки и название пунктов меню может отличаться, но принцип построения NAT остается неизменным.

IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы. Хостам, подключающимся к Интернету время от времени по обычной телефонной линии, можно выделять IP-адреса динамически, только на время соединения. Тогда один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей, и этого, возможно, будет достаточно для провайдера, у которого несколько сотен тысяч клиентов. Когда сессия связи завершается, IP-адрес присваивается новому соединению. Такая стратегия может решить проблемы провайдеров, имеющих не очень большое количество частных клиентов, соединяющихся по телефонной линии, однако не поможет провайдерам, большую часть клиентуры которых составляют организации.

Дело в том, что корпоративные клиенты предпочитают иметь постоянное соединение с Интернетом, по крайней мере в течение рабочего дня. И в маленьких конторах, например туристических агенствах, состоящих из трех сотрудников, и в больших корпорациях имеются локальные сети, состоящие из некоторого числа компьютеров. Некоторые компьютеры являются рабочими станциями сотрудников, некоторые служат веб-серверами. В общем случае имеется маршрутизатор ЛВС, соединенный с провайдером по выделенной линии для обеспечения постоянного подключения. Такое решение означает, что с каждым компьютером целый день связан один IP-адрес. Вообще-то даже все вместе взятые компьютеры, имеющиеся у корпоративных клиентов, не могут перекрыть имеющиеся у провайдера IP-адреса. Для адреса длины /16 этот предел равен, как мы уже отмечали, 65 534. Однако если у поставщика услуг Интернета число корпоративных клиентов исчисляется десятками тысяч, то этот предел будет достигнут очень быстро.

Проблема усугубляется еще и тем, что все большее число частных пользователей желают иметь ADSL или кабельное соединение с Интернетом. Особенности этих способов заключаются в следующем:

а) пользователи получают постоянный IP-адрес;

б) отсутствует повременная оплата (взимается только ежемесячная абонентская плата).

Пользователи такого рода услуг имеют постоянное подключение к Интернету. Развитие в данном направлении приводит к возрастанию дефицита IP-адресов. Присваивать IP-адреса «на лету», как это делается при телефонном подключении, бесполезно, потому что число активных адресов в каждый момент времени может быть во много раз больше, чем имеется у про­вайдера.

Часто ситуация еще больше усложняется за счет того, что многие пользователи ADSL и кабельного Интернета имеют дома два и более компьютера (например, по одному на каждого члена семьи) и хотят, чтобы все машины имели выход в Интернет. Что же делать - ведь есть только один IP-адрес, выданный провайдером! Решение таково: необходимо установить маршрутизатор и объединить все компьютеры в локальную сеть. С точки зрения провайдера, в этом случае семья будет выступать в качестве аналога маленькой фирмы с несколькими компьютерами. Добро пожаловать в корпорацию Пупкиных!

Проблема дефицита IP-адресов отнюдь не теоретическая и отнюдь не относится к отдаленному будущему. Она уже актуальна, и бороться с ней приходится здесь и сейчас. Долговременный проект предполагает тотальный перевод всего Интернета на протокол IPv6 со 128-битной адресацией. Этот переход действительно постепенно происходит, но процесс идет настолько медленно, что затягивается на годы. Видя это, многие поняли, что нужно срочно найти какое-нибудь решение хотя бы на ближайшее время. Такое решение было найдено в виде метода трансляции сетевого адреса, NAT (Network Address Translation) , описанного в RFC 3022. Суть его мы рассмотрим позже, а более подробную информа­цию можно найти в (Butcher, 2001).

Основная идея трансляции сетевого адреса состоит в присвоении каждой фирме одного IP-адреса (или, по крайней мере, небольшого числа адресов) для интернет-трафика. Внутри фирмы каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, используемый для маршрутизации внутреннего трафика. Однако как только пакет покидает пределы здания фирмы и направляется к провайдеру, выполняется трансляция адреса. Для реализации этой схемы было создано три диапазона так называемых частных IP-адресов. Они могут использоваться внутри компании по ее усмотрению. Единственное ограничение заключается в том, что пакеты с такими адресами ни в коем случае не должны появляться в самом Интернете. Вот эти три зарезервированных диапазона:

10.0.0.0 - 10.255.255.255/8 (16 777 216 хостов)

172.16.0.0 - 172.31.255.255/12 (1 048 576 хостов)

192.168.0.0 -192.168.255.255/16 (65 536 хостов)

Работа метода трансляции сетевых адресов показана на нжеследующей схеме. В пределах территории компании у каждой машины имеется собственный уникальный адрес вида 10.x.y.z. Тем не менее, когда пакет выходит за пределы владений компании, он проходит через NAT-блок, транслирующий внутренний IP-адрес источника (10.0.0.1 на рисунке) в реальный IP-адрес, полученный компанией от провайдера (198.60.42.12 для нашего примера). NAT-блок обычно представляет собой единое устройство с брандмауэром , обеспечивающим безопасность путем строго отслеживания входящего и исходящего -трафика компании. NAT-блок может быть интегрирован с маршрутизатором компании.

Мы до сих пор обходили одну маленькую деталь: когда приходит ответ на запрос (например, от веб-сервера), он ведь адресуется 198.60.42.12. Как же NAT-блок узнает, каким внутренним адресом заменить общий адрес компании? Вот в этом и состоит главная проблема использования трансляции сетевых адресов. Если бы в заголовке IP-пакета было свободное поле, его можно было бы использовать для запоминания адреса того, кто посылал запрос. Но в заголовке остается неиспользованным всего один бит. В принципе, можно было бы создать такое поле для истинного адреса источника, но это потребовало бы изменения IP-кода на всех машинах по всему Интернету. Это не лучший выход, особенно если мы хотим найти быстрое решение проблемы нехватки IP-адресов.

На самом деле произошло вот что. Разработчики NAT подметили, что большая часть полезной нагрузки IP-пакетов - это либо TCP, либо UDP . Оба формата имеют заголовки, содержащие номера портов источника и приемника. Номера портов представляют собой 16-разрядные целые числа, показывающие, где начинается и где заканчивается TCP-соединение. Место хранения номеров портов используется в качестве поля, необходимого для работы NAT.

Когда процесс желает установить TCP-соединение с удаленным процессом, он связывается со свободным TCP-портом на собственном компьютере. Этот порт становится портом источника, который сообщает TCP-коду информацию о том, куда направлять пакеты данного соединения. Процесс также определяет порт назначения. Посредством порта назначения сообщается, кому отдать пакет на удаленной стороне. Порты с 0 по 1023 зарезервированы для хорошо известных сервисов. Например, 80-й порт используется веб-серверами, соответственно, на них могут ориентироваться удаленные клиенты. Каждое исходящее сообщение TCP содержит информацию о порте источника и порте назначения. Вместе они служат для идентификации процессов на обоих концах, использующих соединение.

Проведем аналогию, которая несколько прояснит принцип использования портов. Допустим, у компании есть один общий телефонный номер. Когда люди набирают его, они слышат голос оператора, который спрашивает, с кем именно они хотели бы соединиться, и подключают их к соответствующему добавочному телефонному номеру. Основной телефонный номер является аналогией IP-адреса компании, а добавочные на обоих концах аналогичны портам. Для адресации портов используется 16-битное поле, которое идентифицирует процесс, получающий входящий пакет.

С помощью поля Порт источника мы можем решить проблему отображения адресов. Когда исходящий пакет приходит в NAT-блок, адрес источника вида 192.168.c.d заменяется настоящим IP-адресом. Кроме того, поле Порт источника TCP заменяется индексом таблицы перевода NAT-блока, содержащей 65 536 записей. Каждая запись содержит исходный IP-адрес и номер исходного порта. Наконец, пересчитываются и вставляются в пакет контрольные суммы заголовков TCP и IP. Необходимо заменять поле Порт источника, потому что машины с местными адресами 10.0.0.1 и 10.0.0.2 могут случайно пожелать воспользоваться одним и тем же портом (5000-м, например). Так что для однозначной идентификации процесса отправителя одного поля Порт источника оказывается недостаточно.

Когда пакет прибывает на NAT-блок со стороны провайдера, извлекается значение поля Порт источника заголовка TCP. Оно используется в качестве индекса таблицы отображения NAT-блока. По найденной в этой таблице записи определяются внутренний IP-адрес и настоящий Порт источника TCP. Эти два значения вставляются в пакет. Затем заново подсчитываются контрольные суммы TCP и IP. Пакет передается на главный маршрутизатор компании для нормальной доставки с адресом вида 192.168.y.z.

В случае применения ADSL или кабельного Интернета трансляция сетевых адресов может применяться для облегчения борьбы с нехваткой адресов. Присваиваемые пользователям адреса имеют вид 10.x.y.z. Как только пакет покидает пределы владений провайдера и уходит в Интернет, он попадает в NAT-блок, который преобразует внутренний адрес в реальный IP-адрес провайдера. На обратном пути выполняется обратная операция. В этом смысле для всего остального Интернета провайдер со своими клиентами, использующими ADSL и кабельное:оединение, представляется в виде одной большой компании.

Хотя описанная выше схема частично решает проблему нехватки IP-адресов, многие приверженцы IP рассматривают NAT как некую заразу, распространяющуюся по Земле. И их можно понять.

Во-первых, сам принцип трансляции сетевых адресов никак не вписывается в архитектуру IP, которая подразумевает, что каждый IP-адрес уникальным образом идентифицирует только одну машину в мире. Вся программная структура Интернета построена на использовании этого факта. При трансляции сетевых адресов получается, что тысячи машин могут (и так происходит в действительности) иметь адрес 10.0.0.1.

Во-вторых, NAT превращает Интернет из сети без установления соединения в нечто подобное сети, ориентированной на соединение. Проблема в том, что NAT-блок должен поддерживать таблицу отображения для всех соединений, проходящих через него. Запоминать состояние соединения - дело сетей, ориентированных на соединение, но никак не сетей без установления соединений. Если NAT-блок ломается и теряются его таблицы отображения, то про все TCP-соединения, проходящие через него, можно забыть. При отсутствии трансляции сетевых адресов выход из строя маршрутизатора не оказывает никакого эффекта на деятельность TCP. Отправляющий процесс просто выжидает несколько секунд и посылает заново все неподтвержденные пакеты. При использовании NAT Интернет становится таким же восприимчивым к сбоям, как сеть с коммутацией каналов.

В-третьих, NAT нарушает одно из фундаментальных правил построения многоуровневых протоколов: уровень k не должен строить никаких предположений относительно того, что именно уровень k + 1 поместил в поле полезной нагрузки. Этот принцип определяет независимость уровней друг от друга. Если когда-нибудь на смену TCP придет ТСР-2, у которого будет другой формат заголовка (например, 32-битная адресация портов), то трансляция сетевых адресов потерпит фиаско. Вся идея многоуровневых протоколов состоит в том, чтобы изменения в одном из уровней никак не могли повлиять на остальные уровни. NAT разрушает эту независимость.

В-четвертых, процессы в Интернете вовсе не обязаны использовать только TCP или UDP. Если пользователь машины А решит придумать новый протокол транспортного уровня для общения с пользователем машины В (это может быть сделано, например, для какого-нибудь мультимедийного приложения), то ему придется как-то бороться с тем, что NAT-блок не сможет корректно обработать поле Порт источника TCP.

В-пятых, некоторые приложения вставляют IP-адреса в текст сообщений. Получатель извлекает их оттуда и затем обрабатывает. Так как NAT не знает ничего про такой способ адресации, он не сможет корректно обработать пакеты, и любые попытки использования этих адресов удаленной стороной приведут к неудаче. Протокол передачи файлов, FTP (File Transfer Protocol), использует именно такой метод и может отказаться работать при трансляции сетевых адресов, если только не будут приняты специальные меры. Протокол интернет-телефонии Н.323 также обладает подобным свойством. Можно улучшить метод NAT и заставить его корректно работать с Н.323, но невозможно же дорабатывать его всякий раз, когда появляется новое приложение.

В-шестых, поскольку поле Порт источника является 16-разрядным, то на один IP-адрес может быть отображено примерно 65 536 местных адресов машин. На самом деле это число несколько меньше: первые 4096 портов зарезервированы для служебных нужд. В общем, если есть несколько IP-адресов, то каждый из них может поддерживать до 61 440 местных адресов.

Эти и другие проблемы, связанные с трансляцией сетевых адресов, обсуждаются в RFC 2993. Обычно противники использования NAT говорят, что решение проблемы нехватки IP-адресов путем создания временной заплатки только мешает процессу настоящей эволюции, заключающемуся в переходе на IPv6. Но если вернутся в реальность, то мы увидим, что в большинстве случаев NAT - это просто незаменимая вещь, особенно для малых офисов с числом компьютеров от нескольких штук до нескольких десятков. NAT можно реализовать собственными силами в OS Linux используя

Трансляция сетевых адресов (NAT) используется многими сервис провайдерами и частными пользователями для решения проблемы нехватки реальных IP-адресов и обеспечения безопасности локальных сетей подключенных к Интернету. Например. Предприятие может иметь выделенный диапазон реальных IP-адресов, но гораздо большее количество компьютеров имеющих локальные IP-адреса которым необходим доступ в Интернет. Для решения этой проблемы используется технология трансляции адресов, которая позволяет компьютерам локальной сети взаимодействовать с сетью Интернет, используя всего один внешний реальный IP-адрес. NAT решает эту проблему с помощью подмены локального IP-адреса на наружный общедоступный адрес. Заменяя внутренний IP-адрес и порт на внешний IP-адрес и порт, NAT сохраняет таблицу соответствия, затем при получении ответного пакета производится обратное преобразование.
К локальным IP-адресам относятся следующие диапазоны адресов: 10.ххх.ххх.ххх, 192.168.ххх.ххх, 172.16.ххх.ххх - 172.32.ххх.ххх.


Типы трансляторов сетевых адресов (NAT)

Трансляторы адресов подразделяются на 4 типа:
1. Полный конус (Full Cone)
2. Ограниченный конус (Restricted Cone)
3. Порт ограниченного конуса (Port Restricted Cone)
4. Симметричный (Symmetric)

В первых трех типах NATа разные IP-адреса внешней сети могут взаимодействовать с адресом из локальной сети используя один и тот же внешний порт. Четвертый типа, для каждого адреса и порта использует отдельный внешний порт.
NATы не имеют статической таблицы соответствия адресов и портов. Отображение открывается, когда первый пакет посылается из локальной сети наружу через NAT и действует определенный промежуток времени (как правило, 1-3 минуты), если пакеты через этот порт не проходят, то порт удаляется из таблицы соответствия. Обычно NAT распределяют внешние порты динамически, используется диапазон выше 1024.

Полный конус (Full Cone)

При использовании NATа работающего по типу полного конуса внешний отображаемый порт открыт для пакетов приходящих с любых адресов. Если кто-то из внешнего Интернета хочет в этот момент отправить пакет клиенту, расположенному за НАТом, то ему нужно знать только внешний порт через который установлено соединение. Например, компьютер за NATом с IP-адресом 10.0.0.1 посылает и получает пакеты через порт 8000, отображающийся на внешний IP-адрес и порт 212.23.21.25:12345, то любой в Интернете может послать пакеты на этот 212.23.21.25:12345, и эти пакеты попадут на клиентский компьютер 10.0.0.1:8000.


Ограниченный конус (Restricted Cone)

NAT, c ограниченным конусом, открывает внешний порт сразу после того как локальный компьютер отправит данные на определенный внешний IP-адрес. Например, если клиент посылает наружу пакет внешнему компьютеру 1, NAT отображает клиента 10.0.0.1:8000 на 212.23.21.25:12345, и внешний компьютер 1 может посылать пакеты назад по этому назначению. Однако, NAT будет блокировать пакеты идущие от компьютера 2, до тех пор пока клиент не пошлет пакет на IP-адрес этого компьютера. Когда он это сделает, то оба внешних компьютера 1 и 2 смогут посылать пакеты назад клиенту, и оба будут иметь одно и то же отображение через НАТ.

Порт ограниченного конуса (Port Restricted Cone)

NAT с портом ограниченного конуса почти идентичен NATу с ограниченным конусом. Только в этом случае, NAT блокирует все пакеты, если клиент предварительно не послал наружу пакет на IP-адрес и порт того компьютера, который посылает пакеты клиенту. Поэтому, если клиент посылает внешнему компьютеру 1 на порт 5060, то NAT только тогда пропустит пакет к клиенту, когда он идет с 212.33.35.80:5060. Если клиент послал наружу пакеты к нескольким IP-адресам и портам, то они могут ответить клиенту на один и тот же отображенный IP-адрес и порт.

Симметричный (Symmetric)

Симметричный NAT кардинально отличается от первых трех в способе отображения внутреннего IP-адреса и порта на внешний адрес и порт. Это отображение зависит от IP-адреса и порта компьютера, которому предназначен посланный пакет. Например, если клиент посылает с адреса 10.0.0.1:8000 компьютеру 1, то он может быть отображен как 212.23.21.25:12345, в тоже время, если он посылает с того же самого порта (10.0.0.1:8000) на другой IP-адрес, он отображается по-другому (212.23.21.25:12346).


Компьютер 1 может отправить ответ только на 212.23.21.25:12345, а компьютер 2 может ответить только на 212.23.21.25:12346. Если любой из них попытается послать пакеты на порт с которого он не получал пакеты, то эти пакеты будут игнорированы. Внешний IP-адрес и порт открывается только тогда, когда внутренний компьютер посылает данные наружу по определенному адресу.

NAT и Интернет телефония с использованием SIP протокола

Существует три основных проблемы прохождения через NAT звонков с использованием SIP протокола.
1. Наличие локальных адресов в SIP сигнализации.