NAT详解（网络地址转换）

一句话说清楚它是干什么的：

网络地址转换：是指通过专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址，它使得整个专用网只需要一个全球IP就可以访问互联网，由于专用网IP地址是可以重用的，所以NAT大大节省了IP地址的消耗。

概念：

NAT（Network Address Translation），是指网络地址转换，1994年提出的。

当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址（即仅在本专用网内使用的专用地址），但又想和因特网上的主机通信（并不需要加密）时，可使用NAT方法。
这种方法需要在专用网（私网IP）连接到因特网（公网IP）的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址（公网IP地址）。这样，所有使用本地地址（私网IP地址）的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
另外，这种通过使用少量的全球IP地址（公网IP地址）代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。

实现方式：

• 静态转换：一对一，私有ip和共有ip的映射关系定下来就不会变了
• 动态转换：也是一对一，但是每次私有ip跟共有ip的映射关系都是不一样
• 端口多路复用（即端口地址转换（PAT，Port Address Translation））：内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自internet的攻击。因此，网络中应用最多的就是端口多路复用方式。
  

NAPT（Network Address Port Translation），即网络地址端口转换，可将多个内部地址映射为一个合法公网地址，NAPT也被称为“多对一”的NAT，或者叫PAT（Port Address Translations，端口地址转换）、地址超载（address overloading）。
NAPT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的TCP端口号。NAPT算得上是一种较流行的NAT变体，通过转换TCP或UDP协议端口号以及地址来提供并发性。除了一对源和目的IP地址以外，这个表还包括一对源和目的协议端口号，以及NAT盒使用的一个协议端口号。

PAT 叫端口地址转换，NAT是网络地址转换。
PAT可以看做是NAT的一部分。
在NAT时，考虑一种情形，就是只有一个Public IP，而内部有多个Private IP，这个时候NAT就要通过映射UDP和TCP端口号来跟踪记录不同的会话，比如用户A、B、C同时访问CSDN，则NAT路由器会将用户A、B、C访问分别映射到1088、1098、23100（举例而已，实际上是动态的），此时实际上就是PAT了。

由上面推论，PAT理论上可以同时支持（65535 - 1024）= 64511个连接会话。但实际使用中由于设备性能和物理连接特性是不能达到的，CISCO的路由器NAT功能中每个Public IP最多能有效地支持大约4000个会话。

PAT普遍应用于接入设备中，它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。PAT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的TCP端口号。也就是采用多路复用 技术，或改变外出数据的源port的技术将多个内部ip地址映射到同一个外部地址。

重点理解

参考博客NAT网络地址转换

NAT重载（经常应用到实际中）
这是最常用的NAT类型。NAT重载也是动态NAT，**它利用源端口将多个私网ip地址映射到一个公网ip地址(**多对一)。那么，它的独特之处何在呢?它也被称为端口地址特换(PAT)。通过使用PAT(NAT重载)，只需使用一个公网ip地址，就可将数千名用户连接到因特网。其核心之处就在于利用端口号实现公网和私网的转换。

面对私网内部数量庞大的主机，如果NAT只进行IP地址的简单替换，就会产生一个问题：当有多个内部主机去访问同一个服务器时，从返回的信息不足以区分响应应该转发到哪个内部主机。此时，需要NAT设备根据传输层信息或其他上层协议去区分不同的会话，并且可能要对上层协议的标识进行转换，比如TCP或UDP端口号。这样NAT网关就可以将不同的内部连接访问映射到同一公网IP的不同传输层端口，通过这种方式实现公网IP的复用和解复用。这种方式也被称为端口转换PAT、NAPT或IP伪装，但更多时候直接被称为NAT，因为它是最典型的一种应用模式。

• 举个例子，客户端172.18.250.6和百度服务器202.108.22.5通信，172.18.250.6发送数据时，先转换为219.155.6.240:1723（任意>1024的随机端口），然后再利用这个身份发送数据给百度服务器，然后百度服务器回应数据并发送给219.155.6.240:1723，NAT网关检查自己的关联表，意识到这是自己地私网中172.18.250.6的数据包，然后把这个数据发送给客户端

• 也就是说，我们利用端口号的唯一性实现了公网ip转换为私网ip的这一步。PAT（NAT重载）能够使用传输层端口号来标识主机，因此，从理论上说，最多可让大约65000台主机共用一个公有IP地址