典型NAT實驗環境設計研究
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摘要：作為一種在企業網絡邊界常用的技術，NAT為企業網絡在合法IP地址有限的情況下連接互聯網以及對外服務提供了技術上的實現途徑。給出了一種同時存在靜態NAT和EasyIP的典型實驗環境，并對其進行配置和測試，分析了其兩次地址轉換的過程。對于理解和掌握nat的工作原理、在企業網絡中應用NAT技術提供了參考。
關鍵詞：網絡；網絡地址轉換；IP地址；EasyIP轉換；端口
1NAT的基本原理
網絡地址轉換（NetworkAddressTranslation，NAT）技術最初是作為緩解IPv4地址空間緊張的一種解決方案引入的，其主要作用就是通過將私有IP地址轉換為合法公有IP地址，使私有網絡中的主機可以通過共享少量的公有IP地址訪問Internet。另外，NAT技術在客觀上屏蔽了企業內部網絡的真實IP地址，一定程度上保護了內部網絡不受到外部網絡的主動攻擊。例如，在使用動態NAT技術進行地址轉換時，內部網絡主機可以訪問外部網絡主機，但外部網絡主機將無法主動訪問內部網絡中的主機，因此也提高了企業內部網絡的安全性。網絡地址轉換一般在網絡的邊界由網絡地址轉換設備，例如配置了地址轉換功能的路由器或防火墻來實現。網絡地址轉換設備使用地址轉換表保存私有IP地址和公有IP地址的映射關系，并根據保存的映射關系對IP地址進行轉換。典型的網絡地址轉換過程如圖1所示。在PC1訪問外部網絡主機時，其產生的數據報文的源IP地址是PC1在內部網絡的私有IP地址（內部本地地址）192.168.1.10，當數據報文到達出口路由器的出接口時，路由器將數據報文的源IP地址轉換為內部全局地址202.207.120.10，使數據報文可以在公共網絡上路由，并將內部本地地址和內部全局地址的映射關系保存在地址轉換表中；在返回的數據報文中，目的IP地址為內部全局地址202.207.120.10，在路由器接收到該報文后，根據地址轉換表中保存的映射關系將目的IP地址轉換為內部本地地址192.168.1.10，并路由給內部網絡的目的主機PC1，從而實現PC1和外部網絡主機之間的通信。
2NAT的類型
按照網絡地址轉換的原理、轉換方式以及應用場合的不同，可以將網絡地址轉換分為如表1所示的5種。使用哪一種網絡地址轉換技術來進行地址的轉換需要根據網絡的具體需求來確定。很多時候在同一個網絡中可能會涉及到多種網絡地址轉換技術，例如某一企業中大量的內部網絡主機都有訪問Internet的需求，而且企業內部網絡還需要提供可以從Internet進行訪問的HTTP服務來進行企業宣傳，這時候就會同時用到EasyIP和靜態網絡地址轉換兩種網絡地址轉換技術。
3.1NAT實驗拓撲結構
考慮到在實際的企業網絡應用中往往會同時存在EasyIP和靜態NAT兩種地址轉換形式，因此在進行實驗環境設計時應包含這兩種NAT類型，并能夠對其地址轉換進行監控和測試。這就需要給出多個以太網段來模擬多個需要進行NAT的企業內網。假設企業內部網絡使用的IP地址段為192.168.1.0/24的多個子網段，將其轉換為10.0.0.0/8網段的某對應子網段，設計網絡拓撲結構如圖2所示。
3.2NAT實驗配置
按照圖2所示為路由器、交換機和PC配置IP地址，其中路由器的G0/0/0接口使用相應網段中的最后一個可用地址，PC1~PC4暫時使用相應網段中的第一個可用地址，路由器的G0/0/1接口和相連的交換機SWA的接口分別使用相應網段的前兩個可用地址，PC5的網關地址設置為交換機SWA的接口G0/0/24的IP地址10.0.1.2。在4臺路由器和交換機SWA上配置默認路由保障整個網絡的連通性。此時，在四臺路由器上使用PING命令測試與外部網絡的連通性，應該可以PING通。但需要注意此時PC1~PC4均無法連通外部網絡，因為交換機SWA并不知道PC所在網段的存在。在實際網絡應用中也是如此：需要進行地址轉換的內部網絡對外部網絡而言是透明的（或者說是不存在的），外部網絡不會知道使用私有IP地址的內部網絡的存在，以防止私有IP地址在公共合法網絡上的泄露。在路由器上進行NAT的配置，要求將路由器連接PC的網段中的第一個可用IP地址靜態轉換到路由器與交換機相連的網段中的最后一個可用IP地址上，使外部網絡可以主動訪問PC上的HTTP服務。對于路由器連接PC的網段中的其他地址使用EasyIP進行轉換，使內網主機可以訪問外部網絡。參考配置命令如下：注意在進行EasyIP使用的ACL的配置中，對于不需要進行EasyIP轉換的內部本地地址要首先deny掉。配置完成后，在PC5的IE中分別輸入PC1~PC4的內部全局地址來訪問其上的HTTP服務，應該可以訪問。
3.3NAT實驗結果測試
將PC1和PC2劃分到一組，PC3和PC4劃分到一組，將PC2/PC4的IP地址修改為相應網段中非第一個地址的任意合法地址，例如第二個地址，然后在PC2和PC4的IE中分別輸入同組的PC1或PC3的內部全局地址來訪問其上的HTTP服務，應該可以訪問。在進行訪問的同時，在4臺路由器上使用命令debuggingnatall查看地址轉換的過程，并使用命令displaynatsessionprotocoltcpdestination10.1.1.6/14查看NAT會話情況，具體如下：注意：在PC2/PC4訪問同組的PC1/PC3的HTTP服務過程中，實際上經過了兩次地址轉換。分別為在路由器RTB/RTD上進行的EasyIP的轉換，以及在路由器RTA/RTC上進行的靜態地址轉換。具體如圖3所示。
4結語
作為在企業網絡邊界常用的一種IP地址節約技術，NAT有著非常廣泛的應用，尤其是多種不同NAT類型的綜合應用，為企業網絡訪問外網以及對外進行網絡服務提供了底層技術的支持。作為企業網絡管理人員，有必要通過實際網絡環境測試了解NAT的底層實現原理，以更好地維護網絡，使其在可用IP地址有限的情況下能夠高效、安全地運行，為企業提供優質的網絡服務。
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作者：劉延鋒 王月春 張少芳 單位：石家莊郵電職業技術學院
