【Linux】NAT

一、NAT技术背景

之前,我们就讨论了在IPv4协议中:IP协议数量不充足的问题。NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段,是路由器的一个重要功能。对,现在路由器不仅可以工作到网络层,也可以工作到应用层。

  • NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP,也就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法
  • 很多学校,家庭,公司内部采用每一个终端设置私有IP,而在路由器或必要的服务器上设置全局IP
  • 全局IP要求唯一,但是私有IP不需要;在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的

二、NAT IP 转换过程

  • NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP202.244.174.37
  • NAT路由器收到外部的数据时,又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10
  • 在NAT路由器内部,有一张自动生成的用于地址转换的表
  • 当10.0.0.10第一次向163.221.120.9发送数据时就会生成表中的映射关系

三、NAPT

那么问题来了,如果局域网中,有多个主机都访问同一个外网服务器,那么对于服务器返回的数据中,目的IP都是相同的,那么NAT路由器如何判定将这个数据报转发给哪一个局域网的主机?

这个时候就需要使用NAPT来解决这个问题,使用 IP + Port 来建立这个关联关系。为什么一个网络层的设备可以管理端口号呢??在这里,我们不可以小看路由器,因为路由器是工作在网络层,不是只工作在网络层的。

这种关联关系也是有NAT路由器自动维护的,例如在TCP的情况下,建立连接时,就会生成这个表项;在断开连接后,就会删除这个表项。

四、NAT技术的缺陷

由于NAT依赖这个转换表,所以有很多限制:

  1. 无法从NAT外部向内部服务器建立连接
  2. 转换表的生成和销毁都需要额外的开销
  3. 通信过程中一旦NAT设备异常,即使存在热备,所有的TCP连接也都会被断开
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