可能很多人對NAT路由器原理還不是很了解，于是我研究了一下NAT路由器原理及其應(yīng)用中需要注意的事項，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。IP地址耗盡促成了CIDR的開發(fā)，但CIDR開發(fā)的主要目的是為了有效的使用現(xiàn)有的internet地址。而同時根據(jù)RFC 1631（IP Network Address Translator）開發(fā)的NAT卻可以在多重的internet子網(wǎng)中使用相同的IP，用來減少注冊IP地址的使用。

NAT路由技術(shù)使得一個私有網(wǎng)絡(luò)可以通過internet注冊IP連接到外部世界，位于inside網(wǎng)絡(luò)和outside網(wǎng)絡(luò)中的NAT路由器在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，負責把內(nèi)部IP翻譯成外部合法地址。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主機不可能同時于外部網(wǎng)絡(luò)通信，所以只有一部分內(nèi)部地址需要翻譯。

NAT的翻譯可以采取靜態(tài)翻譯（static translation）和動態(tài)翻譯（dynamic translation）兩種。靜態(tài)翻譯將內(nèi)部地址和外部地址一對一對應(yīng)。當NAT需要確認哪個地址需要翻譯，翻譯時采用哪個地址pool時，就使用了動態(tài)翻譯。采用portmultiplexing技術(shù)，或改變外出數(shù)據(jù)的源port技術(shù)可以將多個內(nèi)部IP地址影射到同一個外部地址，這就是PAT（port address translator）。當影射一個外部IP到內(nèi)部地址時，可以利用TCP的load distribution技術(shù)。使用這個特征時，內(nèi)部主機基于round-robin機制，將外部進來的新連接定向到不同的主機上去。注意：load distributiong只有在影射外部地址到內(nèi)部的時候才有效。

NAT使用的幾種情況：

a，連接到internet，但卻沒有足夠的合法地址分配給內(nèi)部主機。
b，更改到一個需要重新分配地址的ISP。
c，有相同的IP地址的兩個internat合并。
d，想支持負載均衡（主機）。

采用NAT后，一個最主要的改變就是你失去了端對端IP的traceability，也就是說，從此你不能再經(jīng)過NAT使用ping和traceroute，其次就是曾經(jīng)的一些IP對IP的程序不再可以正常運行，潛在的不易被觀察到的缺點就是增加了網(wǎng)絡(luò)延時。NAT可以支持大部分IP協(xié)議，但有幾個協(xié)議需要注意，首先tftp，rlogin,rsh,rcp和ip multicast都被NAT支持，其次就是bootp，snmp和NAT路由器更新全部給拒絕了。NAT的幾個相關(guān)概念：

Inside Local IP address: 指定于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主機地址，全局***，但為私有地址。
Inside Global IP address: 代表一個或更多內(nèi)部IP到外部世界的合法IP。
Outside Global IP address: 外部網(wǎng)絡(luò)主機的合法IP。
Outside Local IP address: 外部網(wǎng)絡(luò)的主機地址，看起來是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的，私有地址。
Simple Translation Entry: 影射IP到另一個地址的Entry。
Extended Translation Entry:影射IP地址和端口到另一個pair的Entry。

a，內(nèi)部地址翻譯（Translation inside local addresses)：
這是比較通用的一種方法，將內(nèi)部IP一對一的翻譯成外部地址。

在內(nèi)部主機連接到外部網(wǎng)絡(luò)時，當***個數(shù)據(jù)包到達NAT路由器時，router檢查它的NAT表，因為是NAT是靜態(tài)配置的，故可以查詢出來（simply entry），然后router將數(shù)據(jù)包的內(nèi)部局部IP（源地址）更換成內(nèi)部全局地址，再轉(zhuǎn)發(fā)出去。外部主機接受到數(shù)據(jù)包用接受到的內(nèi)部全局地址來響應(yīng)，NAT接受到外部回來的數(shù)據(jù)包，再根據(jù)NAT表把地址翻譯成內(nèi)部局部IP，轉(zhuǎn)發(fā)過去。

b，內(nèi)部全局地址復(fù)用（overloading inside glogal addresses）

使用地址和端口pair將多個內(nèi)部地址影射到比較少的外部地址。這也是所謂的PAT。和內(nèi)部地址翻譯一樣，NAT router同樣也負責查表和翻譯內(nèi)部IP地址，***的區(qū)別就是由于使用了overloading，router將復(fù)用同樣的內(nèi)部全局IP地址，并存儲足夠的信息以區(qū)分它和其他地址，這樣查詢出來的是extended entry。NAT router和外部主機的通訊采用翻譯過的內(nèi)部全局地址，故同一般的通信沒有差別，router到內(nèi)部主機通訊時，同樣要查NAT表。

c，TCP負載重分配（TCP load distributing）和以上兩種操作不同，這是NAT由外到內(nèi)的翻譯，所以那種以為WEB server一定要放置到NAT外部的說法是錯誤的。

工作原理：外部主機向虛擬主機（定義為內(nèi)部全局地址）通訊，NAT router接受外部主機的請求并依據(jù)NAT表建立與內(nèi)部主機的連接，把內(nèi)部全局地址（目的地址）翻譯成內(nèi)部局部地址，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到內(nèi)部主機，內(nèi)部主機接受包并作出響應(yīng)。NAT router再使用內(nèi)部局部地址和端口查詢數(shù)據(jù)表，根據(jù)查詢到的外部地址和端口做出響應(yīng)。此時，如果同一主機再做第二個連接，NAT router將根據(jù)NAT表將建立與另一虛擬主機的連接，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

d，處理重疊網(wǎng)絡(luò)。

這種方法主要用于兩個intranet的互連，同樣給我們處理兩個重疊網(wǎng)絡(luò)提供了方法。它的實現(xiàn)要求DNS server的支持（用于區(qū)別兩個不同的主機）。

1，主機A要求向主機C建立連接，先象DNS server做地址查詢。

2，NAT router截獲DNS的響應(yīng)，如果地址有重疊，將翻譯返回的地址。它將創(chuàng)建一個simply entry把重疊的外部全局地址（目的地址）翻譯成外部局部地址。

3，NAT路由器轉(zhuǎn)發(fā)DNS響應(yīng)到主機A，它已經(jīng)把主機C的地址（外部全局地址）翻譯成外部局部地址。

4，當NAT路由器接受到主機C的數(shù)據(jù)包時，它將建立內(nèi)部局部、全局，外部全局、局部地址間的轉(zhuǎn)換，主機A將由內(nèi)部局部地址（源地址）翻譯成內(nèi)部全局地址，主機C將由外部全局地址（目的地址）翻譯成外部局部地址。