NAT 实验：多私网环境下 NAPT、Easy IP 配置及 FTP 服务公网映射

NAT基本概念

定义：网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是一种将私有（保留）地址转化为合法公网 IP 地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型 Internet 接入方式和各种类型的网络中。
作用：
-- 解决 IP 地址短缺问题 ：由于 IPv4 地址资源有限，使用私有 IP 地址的内部网络通过 NAT 可以共享少量的公网 IP 地址访问互联网。
-- 增强网络安全性：NAT 隐藏了内部网络的真实 IP 地址，外部网络无法直接访问内部网络的主机，从而在一定程度上保护了内部网络的安全。

NAT 工作原理

地址转换过程：
-- 当内部网络的主机向外部网络发送数据包时，NAT 设备会将数据包的源 IP 地址从私有 IP 地址转换为公有 IP 地址，并记录这个转换关系（通常记录在 NAT 转换表中）。
-- 当外部网络的主机响应数据包返回时，NAT 设备根据转换表将目的 IP 地址从公有 IP 地址转换回私有 IP 地址，然后将数据包转发给内部网络的主机。
NAT 转换表
NAT 转换表是 NAT 设备维护的一个记录，用于存储内部私有 IP 地址与外部公有 IP 地址之间的映射关系。它包含了源 IP 地址、目的 IP 地址、源端口号、目的端口号以及转换后的地址和端口信息。

NAT 类型

静态 NAT（Static NAT）
原理：将一个私有 IP 地址固定地映射到一个公有 IP 地址。这种映射是一对一的，并且是永久的。
应用场景：常用于需要向外部网络提供服务的内部服务器，如 Web 服务器、邮件服务器等，使得外部网络可以通过固定的公网 IP 地址访问内部服务器。
动态 NAT（Dynamic NAT）
原理：将多个私有 IP 地址映射到一组公有 IP 地址池中的一个可用地址。当内部主机需要访问外部网络时，NAT 设备从地址池中动态分配一个可用的公网 IP 地址进行转换。
应用场景：适用于内部网络主机数量较多，但同时访问外部网络的主机数量相对较少的情况，可以有效利用公网 IP 地址资源。
网络地址端口转换（NAPT，Network Address Port Translation）
原理：也称为端口多路复用，它将多个私有 IP 地址映射到一个公有 IP 地址，通过不同的端口号来区分不同的内部主机。这样多个内部主机可以同时使用同一个公网 IP 地址访问外部网络。
应用场景：是最常用的 NAT 类型，广泛应用于家庭和企业网络中，通过一个公网 IP 地址满足大量内部主机访问互联网的需求。
Easy IP
原理：是一种特殊的 NAPT 方式，它直接使用接口的公网 IP 地址进行地址转换，无需配置专门的地址池。当接口的 IP 地址发生变化时，NAT 转换会自动使用新的 IP 地址。
应用场景：适用于使用动态获取公网 IP 地址的场景，如 ADSL 拨号上网。

NAT 服务器（NAT Server）

原理：将内部服务器的特定服务端口映射到公网 IP 地址的相应端口，使得外部网络可以通过公网 IP 地址访问内部服务器的特定服务。

应用场景：常用于将内部的 FTP 服务器、Web 服务器等服务发布到公网，让外部用户可以访问这些服务。

NAT 的优缺点

优点
节省 IP 地址资源：通过 NAT 可以使用私有 IP 地址构建内部网络，大大节省了公网 IP 地址的使用。
增强网络安全性：隐藏内部网络的真实 IP 地址，减少了外部网络对内部网络的直接攻击。
缺点
增加网络延迟：NAT 设备需要对数据包进行地址转换，这会增加一定的处理时间，导致网络延迟。
影响某些应用程序的正常运行：一些基于 IP 地址进行通信的应用程序，如 IPsec VPN、某些 P2P 应用等，可能会受到 NAT 的影响而无法正常工作。

NAT 配置注意事项

ACL 的使用：在配置 NAT 时，通常需要使用访问控制列表（ACL）来指定哪些内部 IP 地址可以进行地址转换。ACL 的配置要准确，否则可能会导致部分内部主机无法访问外部网络。
端口映射的正确性：在配置 NAT Server 时，要确保端口映射的正确性，包括协议类型（TCP 或 UDP）、公网端口和内部端口的对应关系等。
地址池的管理：对于动态 NAT 和 NAPT，要合理管理地址池，确保地址池中有足够的可用地址，避免出现地址耗尽的情况。

实验拓扑

实验需求

按照图示配置 IP 地址
私网 A 通过 R1 接入到互联网，私网 B 通过 R3 接入到互联网
私网 A 内部存在 Vlan10 和 Vlan20，通过 R1 上单臂路由访问外部网络
私网 A 通过 NAPT 使 Vlan10 和 Vlan20 都能够使用 R1 的公网地址访问互联网
私网 B 通过在 R3 上配置 EASY IP 访问互联网
私网 A 配置 NAT SERVER 把 FTPA 的 FTP 服务发布到公网，使 PCB 可以访问

实验步骤

设备命名和 IP 地址配置部分省略
R1 和 R3 上配置默认路由指向公网，配置步骤略
私网 A 内部单臂路由配置部分略

私网 A 通过 NAPT 使 Vlan10 和 Vlan20 都能够使用 R1 的公网地址访问互联网

分析：根据需求得知，ACL 需要配置允许 192.168.1.0/24 和 192.168.2.0/24 网段；私网 A 只有 1 个公网地址可用，意味着创建的 NAT 地址池起始和结束地址就都是 100.1.1.1

步骤 1：R1 上创建基本 ACL，允许 192.168.1.0/24 和 192.168.2.0/24 网段

复制代码

[R1]acl b
[R1]acl basic 2000
[R1-acl-ipv4-basic-2000]ru
[R1-acl-ipv4-basic-2000]rule pe
[R1-acl-ipv4-basic-2000]rule permit so
[R1-acl-ipv4-basic-2000]rule permit source 192.168.1.0 0.0.0.255
[R1-acl-ipv4-basic-2000]rule permit source 192.168.2.0 0.0.0.255

步骤 2：R1 上创建 NAT 地址池，设置公网地址

复制代码

[R1]interface g0/1
[R1-GigabitEthernet0/1]
[R1-GigabitEthernet0/1]
[R1-GigabitEthernet0/1]
[R1-GigabitEthernet0/1]
[R1-GigabitEthernet0/1]nat
[R1-GigabitEthernet0/1]nat ou
[R1-GigabitEthernet0/1]nat outbound 2000 g
[R1-GigabitEthernet0/1]nat outbound 2000 add
[R1-GigabitEthernet0/1]nat outbound 2000 address-group 1

步骤 3：在 R1 的公网接口上配置 NAPT

复制代码

[R1]interface g0/1
[R1-GigabitEthernet0/1]nat outbound 2000 address-group 1

步骤 4：在 PCA 上 Ping R3 的公网地址，测试是否可以访问互联网

私网 B 通过在 R3 上配置 EASY IP 访问互联网

分析：根据需求得知，ACL 需要配置允许 192.168.1.0/24 网段；使用 EASY IP，就无需配置 NAT 地址池，直接在公网接口上配置即可，EASY IP 会自动识别公网接口的 IP 地址

步骤 1：R3 上创建基本 ACL，允许 192.168.1.0/24 网段
复制代码
```
[R3]acl basic 2000
[R3-acl-ipv4-basic-2000]rule permit source 192.168.1.0 0.0.0.255
```
步骤 2：在 R3 的公网接口上配置 EASY IP
复制代码
```
[R3]interface g0/0
[R3-GigabitEthernet0/0]nat outbound 2000
```
步骤 4：在 PCB 上 Ping R1 的公网地址，测试是否可以访问互联网
私网 A 配置 NAT SERVER 把 FTPA 的 FTP 服务发布到公网，使 PCB 可以访问

分析：根据需求得知，需要发布 FTPA 的 FTP 服务，也就是把 R1 的公网地址的 20 和 21 端口映射到 FTPA 的私网地址　　配置 FTP 服务步骤略

步骤 1：在 R1 的公网接口上配置 NAT SERVER，映射端口 20 和 21
复制代码
```
[R1-GigabitEthernet0/1]nat server protocol tcp global current-interface 20 21 inside 192.168.1.10 20 21
```
步骤 2：在 PCB 上测试是否能够通过 R1 的公网地址访问 FTPA 的 FTP 服务

总结：

本次实验展示了不同类型的NAT的配置和应用

NAPT（网络地址端口转换）： 私网 A 中有 Vlan10（192.168.1.0/24）和 Vlan20（192.168.2.0/24）两个网段，只有一个公网地址 100.1.1.1 可用。通过配置 NAPT，R1 上创建基本 ACL 允许这两个网段的流量，然后创建 NAT 地址池（起始和结束地址都是 100.1.1.1），并在公网接口上配置 NAPT，使得 Vlan10 和 Vlan20 的主机可以使用 R1 的公网地址访问互联网。NAPT 利用端口号来区分不同的内部主机，多个内部主机可以同时使用同一个公网 IP 地址进行通信。
Easy IP： 私网 B 通过 R3 接入互联网，使用 Easy IP 技术。首先在 R3 上创建基本 ACL 允许 192.168.1.0/24 网段的流量，然后在公网接口上配置 Easy IP。Easy IP 是一种特殊的 NAPT 方式，它直接使用接口的公网 IP 地址进行地址转换，无需配置专门的地址池。
NAT Server： 私网 A 要将 FTPA 的 FTP 服务发布到公网，使 PCB 可以访问。在 R1 的公网接口上配置 NAT Server，将公网地址的 20 和 21 端口映射到 FTPA 的私网地址（192.168.1.10）的 20 和 21 端口。这样，外部网络的主机就可以通过 R1 的公网地址访问 FTPA 的 FTP 服务。