网络技术培训PPTDA000021 NAT技术原理

1、DA000021 NAT技术原理固网产品课程开发部1引入按照目前Internet网络迅猛发展的速度，到2010年IPv4的地址将消耗殆尽。目前IPv6(IPng)的推广和部署受到一定的阻力，无法在短时间内完成网络从IPv4到IPv6的过渡。目前解决IP地址短缺的有效方法：NAT和CIDR2学习目标掌握NAT的基本概念掌握NAT的基本工作原理掌握NE80/NE40产品的NAT实现学习完本课程，您应该能够：3课程内容第一章 NAT基本概念第二章 NAT基本工作原理第三章 NE80/NE40产品NAT实现4第一章 NAT基本概念NAT(Network Address Translator)网络地址转

2、换，即改变IP报文中的源或目的地址的一种处理方式；使一个局域网中的多台主机使用少数的合法地址访问外部资源，也可以按照要求设定内部的、TELNET的服务提供给外部网络使用；有效的隐藏了内部局域网的主机IP地址，起到了安全保护的作用。5第一章 NAT基本概念共有地址和私有地址私有地址是指内部网络(局域网内部)的主机地址，而公有地址是局域网的外部地址（在因特网上的全球唯一的IP地址）。因特网地址分配组织规定以下的三个网络地址保留用做私有地址： - 55 - 55 - 55 6第一章 NAT基本概念地址池 地址池是由一些外部地址（全球唯一的IP地址）组合而成的，我们称这样的一个地址集合为地址池。在内部

3、网络的数据包通过地址转换达到外部网络时，将会选择地址池中的某个地址作为转换后的源地址，这样可以有效利用用户的外部地址，提高内部网络访问外部网络的能力。7第一章 NAT基本概念访问控制列表 访问列表是由ACCESS-LIST命令生成的，它依据IP数据包报头以及它承载的上层协议数据包头的格式定义了一定的规则，可以表示允许或者是禁止具有某些特征(包头数据可以描述的）的数据包，地址转换按照这样的规则判定哪些包是被允许转换或者是禁止转换，这样可以禁止一些内部的主机访问外部网络，提高一些网络的安全性问题。有关的详细概念可以参考防火墙中的有关内容。8第一章 NAT基本概念转换关联 转换关联就是将一个地址池和

4、一个访问列表关联起来，这种关联指定了“具有某些特征的IP报文”是使用“这样的地址池中的地址”，而另一些可能是使用另外一个地址池中的地址。在地址转换时，是根据这样的对应进行地址转换的。当一个内部网络的数据包文发往外部网络时，首先根据访问列表判定是否是允许的数据包，然后根据转换的关联找到于之相对应的地址池，我们就可以把源地址转换成这个地址池中的某一个地址，完成地址转换。 9第一章 NAT基本概念内部服务器映射表 内部服务器映射表是由NAT SERVER命令配置的，允许用户依照自己的需要提供内部服务。在转换时，根据用户的配置查找外部数据包的目的地址，如果是访问内部的服务器，则转换成相应的内部服务器的

5、目的地址和端口，达到访问内部服务器的目的。还原时对源地址进行查找，判断是否是从内部服务器出去的报文，如果是将源地址转换成相应的外部地址。10课程内容第一章 NAT基本概念第二章 NAT基本工作原理第三章 8070产品NAT实现第四章 8011产品NAT实现11第二章 NAT的基本工作原理NAT在系统中的位置 12第二章 NAT的基本工作原理 NAT基本工作原理（以出口NAT为例） 在IP层的出口处调用NAT13第二章 NAT的基本工作原理在IP层的入口出调用NAT14第二章 NAT的基本工作原理透明的地址分配静态的地址分配指一个特定的主机使用固定的地址访问外部的网络。动态的地址分配是指NAT在

6、一些地址中挑选一个地址，做为内部网络的主机访问外部网络的IP地址。无论是那种，地址的分配应该对用户来说是透明的。15第二章 NAT的基本工作原理NAT的基本工作方式：NAT一对一的地址转换PAT多对一的地址转换NPAT多对多的地址转换16第二章 NAT的基本工作原理NAT方式17第二章 NAT的基本工作原理NAT方式在出方向上转换IP报文头中的源IP地址，而不对端口进行转换。在私有网络地址和外部网络地址之间建立一对一映射，实现比较简单只转换IP报文头中的IP地址，所以适用于所有IP报文转换18第二章 NAT的基本工作原理PAT方式(0: 1001 - 6: 23) - (00:12964 -

7、6: 23) (6: 23 - 00:12964) - (6: 23 - 0: 1001) 19第二章 NAT的基本工作原理PAT方式PAT（Port Address Translation）方式的地址转换利用了TCP/UDP协议的端口号，进行地址转换。PAT方式的地址转换是采用了“地址端口”的映射方式，因此可以使内部局域网的许多主机共享一个IP地址访问Internet。在私有网络地址和外部网络地址之间建立多对一映射。不同的内部网地址，转换时采用相同的公网地址，并依靠不同的端口号来区分每一个内部网主机。20第二章 NAT的基本工作原理NPAT方式( 0: 1001 - 6: 23) - (00

8、:12964 - 6: 23) (1:2001 - 7: 21) -(01.12987 - 7: 21) (6: 23 - 00:12964) - (6: 23 - 0: 1001) (7: 21 - 01:12987) -(7: 21 - 1:2001) 21第二章 NAT的基本工作原理NPAT方式NPAT（Nat & Port Address Translation）方式的地址转换也是利用了TCP/UDP协议的端口号，进行地址转换。私网地址和公网地址之间建立了多对多的映射关系。NPAT方式也是采用“地址端口”的映射关系，因此可以使内部局域网的多个主机共享多个IP地址访问Internet。2

9、2第二章 NAT的基本工作原理内部服务器内部服务器是一种反相的地址转换。地址转换屏蔽了内部网络中的主机，而内部服务器可以提供外部网络访问内部网络的服务。可以配置、Telnet等服务。内部服务器映射表是由NAT SERVER命令配置的，在转换时，根据用户的配置查找外部数据包的目的地址，如果是访问内部的服务器，则转换成相应的内部服务器的目的地址和端口，达到访问内部服务器的目的。还原时对源地址进行查找，判断是否是从内部服务器出去的报文，如果是将源地址转换成相应的外部地址。23第二章 NAT的基本工作原理内部服务器24第二章 NAT的基本工作原理利用ACL控制地址转换25第二章 NAT的基本工作原理支

10、持特殊协议（ALG应用程序网关）地址转换改变了IP数据包头的IP地址信息，如果数据报文的载荷中含有地址信息，地址转换就需要特殊处理，除了改变IP包头的地址信息以外还需要改变数据报文中载荷中的地址信息。比较典型的应用是FTP目前VRP NAT平台支持、L2tp、PPTP、CMC几种特殊的协议。以及后来支持的H.323、SMTP、DNS等。26第二章 NAT的基本工作原理以为例：在TCP的应用FTP中，包含两种连接：控制连接（会话）、数据连接（传输）。其中控制连接是用大家都熟悉的21端口的TCP连接。数据连接却是由客户端“发起”的，它通过控制连接“通知”服务器它已经初始化完的端口，FTP服务器通过

11、20端口（默认情况）将数据传送到客户端。27第二章 NAT的基本工作原理以为例（续）： 在通知服务器的时候，会用到“PORT命令”，其中在这次TCP连接的数据中是这样的：“PORT 10,110,1,2,13,23AD”（表示，地址=)，于是服务器就可以知道客户端的数据连接的地址和端口了。在地址转换的过程中，对于PORT命令，我们除了改变IP地址以及端口信息，同时必须改变相应TCP中的数据，这样才可以保证使FTP服务器端可以把数据发送到正确的客户端。这样，有可能会使TCP数据包的长度发生变化，所以对于PORT命令还需要对TCP数据头中的序号（SEQUENCE NUMBER）进行调整。28第二章

12、 NAT的基本工作原理NAT地址转换的DNS运用DNS服务器处于私网中DNS服务器处于公网中29第二章 NAT的基本工作原理DNS和内部服务器使用私网地址 由于内部www服务器和DNS服务器都在一个私网内，这样，当内部DNS进行为内部服务器进行域名到IP地址的转换时，会得到一个内部网的IP地址，然后DNS将这个内部地址返回给外部要访问的内部服务器的主机。而这个地址由于是私网地址，所以外部网访问不到。30第二章 NAT的基本工作原理DNS在公网上，内部主机无法使用域名访问内部服务器 当内部pc通过域名访问时，会到外部的DNS上请求IP地址，由于DNS是在外部，所以它会返回一个公网的地址或找不到地

13、址。这样导致内部PC通过域名访问时，得到是个外部的地址或者得不到地址，导致内部用户不能正常访问内部服务器。Qusetion：有什么好的方法可以解决DNS问题？31第二章 NAT的基本工作原理以太网口支持地址池在以太网环境中，如果地址池中的地址与接口的地址在不同的网段上，那么可以通过添加路由的方式来解决。而如果在同一个网段上，则对方不会缺省的将报文发送到此设备上，因为对方发现这是一个同网段的地址，会发送ARP请求，如果得不到响应，将认为这个地址不存在，当然报文将无法到达本端。因此需要对以太网接口做特殊处理，使得当地址池中的地址和接口的地址在同一个网段也可以支持。32第二章 NAT的基本工作原理以

14、太网口支持地址池（续）如果一个ARP请求报请求的地址不是以太网接口的IP地址，ARP模块将这个ARP请求丢弃，现在NAT模块提供一个函数，根据地址、接口判断这个地址是否是在这个接口上的一个地址池中的地址。如果是，告诉ARP对这个IP地址发送ARP应答，MAC地址就是这个以太网接口的MAC地址。33第二章 NAT的基本工作原理支持多个方向上负载分担应用34NAT基本工作原理小结地址转换的优点：地址转换可以使内部网络用户方便的访问Internet。地址转换可以使内部局域网的许多主机共享一个IP地址上网。地址转换可以屏蔽内部网络的用户，提高内部网络的安全性。地址转换同样可以提供给外部网络、Telne

15、t服务。35NAT基本工作原理小结地址转换的缺点：地址转换对于报文内容中含有有用的地址信息的情况很难处理。地址转换不能处理IP报头加密的情况。地址转换由于隐藏了内部主机地址，有时候会使网络调试变得复杂。影响报文转发的效率。无法确定源地址。因为同样的内部地址在不同时刻的外部地址是不一样的，所以如果从内部网络攻击外部网络，将造成定位攻击源的困难。36NAT基本工作原理小结NAT地址转换的改进 为满足公安部以及一些企事业单位的需求，对NAT流（FLOW）信息进行日志记录，通过日志信息了解NAT转换前的地址信息。 用户日志只在NAT的出方向进行日志记录，根据报文的源IP地址、转换后的源IP地址、目的I

16、P地址、源端口、转换后的源端口、目的端口、协议号等7元组来标识一条流，并生成该NAT流的日志记录。根据这些日志信息进行分析查询，可以方便地追踪一些非法活动以及不正当的操作等，提高网络设备的可用性和安全性37课程内容第一章 NAT基本概念第二章 NAT基本工作原理第四章 NE80/NE40产品NAT实现38第四章 NE80/NE40产品的NAT实现NE80/NE40产品支持NAT转换的方式：NAT、PAT、PNAT。NE80/NE40产品采用IBM网络处理器NP4GS3(rainier)，使用微码来实现基本的地址转换功能，ALG由微码上送CPU处理。NAT功能采用单独NAT板完成，采用地址池与N

17、AT板绑定的方式支持多NAT板，即配置地址池时指定NAT板 号。NE80/NE40产品采用入口NAT的方式，在单独一块NAT单板的情况下，无法实现多出口的负载分担。39第四章 NE80/NE40产品的NAT实现NE80/NE40 NAT的工作流程（入口NAT）正向NAT：IP上行-IP入端口-FIB查找-ACL匹配重定向到NAT板下行-查找NAT转换表进行转换-（查找不成功按照报文类型决定添加表项还是丢弃，添加表项由微码完成）送自环物理接口至NAT板上行-NAT板上行查找FIB-送目的LPU板下行-目的LPU板下行封装、转发40第四章 NE80/NE40产品的NAT实现反向NAT：IP上行-IP入端口-FIB查找重定向到NAT板-NAT板下行-查找NAT转换表进行转换-送自环物理接口至NAT板上行-NAT板上行查找FIB-送目的LPU板下行-目的LPU板下行封装、转发41