IPv4地址已經完全耗盡，網際網路還能正常運轉，NAT是最大功臣！
發布於 2023-03-05 10:30:58
https://cloud.tencent.com/developer/article/2233409
你好，這裡是網絡技術聯盟站。
如今的網際網路規模可謂是沒有辦法用數據去衡量，不談全世界，單單從中國來說，根據中國網際網路信息中心在2022年2月份發布的《中國網際網路發展狀況統計報告》中顯示，中國網民數量已經達到了驚人的10.32億！
中國網民規模
這個數字真的可以用可怕去形容了，而中國的IPV4地址數量卻只有不到4億：
全球IPV4地址數 top10
有人就會奇怪了，網民數量10.32億遠遠大於4億這個數字，那麼背後的原理到底是怎樣的呢？
其實並不是每個網民的設備都會占用一個有效的IPV4地址，更多的是多個人共用一個IPV4地址，背後的原理就是NAT，那麼今天瑞哥就帶著大家揭開NAT的神秘面紗，探尋一下NAT為啥如此強大，它解決了什麼樣的革命性的問題？
讓我們直接開始！
什麼是NAT？
一台計算機要與網際網路上其他計算機或者伺服器通信，必須有一個IP 地址，IP 地址是一個唯一的 32 位數字，用於標識您的計算機在網絡上的位置，就像你身份證上的地址一樣，唯一的，能找到你這個人。
當 IP 尋址剛出現時，每個人都認為有大量的地址可以滿足需求，因為理論上差不多有2的32次方個IPV4地址，可用地址的實際數量會少一些，大概有3.2 到 33 億之間的數量。隨著網際網路的爆炸式增長，可用 IP 地址的數量根本不夠用，這個時候IPv6的時代就要來了，但是IPV6完全取代IPV4短時間內是不大現實的，因為它需要修改整個網際網路的基礎設施，在此之前NAT就大展身手了。
NAT英文全稱：Network Address Translation
NAT中文名稱：網絡地址轉換
看這名字就知道應該是將某某地址轉換為某某地址的，其本質確實是這樣的，NAT 將本地網絡中設備的私有 IP 地址轉換為公共 IP 地址，路由器通常使用它來將設備連接到網際網路。
NAT轉換地址
如果不太理解為啥需要地址轉換的話，我給大家舉個栗子：你把NAT看成是某某大型集團公司的電話接待員，外界需要打電話進來，必須經過接待員轉接，這樣的話對外只需要公布幾個或者幾十個電話號碼，就能實現內部幾百、幾千甚至幾萬個電話的轉接，節省了公共電話網的費用，還一定程序上保障了安全性。
酒店接待員電話示例
NAT工作原理
NAT一般配置在網絡路由器或 NAT防火牆上面，配置好的設備工作的時候會將私網地址轉換為公網地址，然後就能和網際網路進行通信。
私網地址
一般會在本地網絡中遇到私網地址，換句話說，我們的電腦、手機、平板等工作時候用到的都是私網地址。
比如我們輸入一下ifconfig命令：
ifconfig命令
我們看到我們的私網地址是192.168.3.29.
windows可以輸入：ipconfig命令：
ipconfig命令
我們同樣看到了私網ip地址192.168.3.29.
私網ip地址範圍
A 類：10.0.0.0 - 10.255.255.255
B 類：172.16.0.0 - 172.31.255.255
C 類：192.168.0.0 - 192.168.255.255
192.168.3.29屬於C類，在私網地址範圍內。
公網地址
公共地址是用於訪問網際網路的外向 IP 地址，由網際網路服務提供商 (ISP) 提供並分配給路由器，它是網際網路上唯一的 IP 地址。
一般情況下公網ip地址都會是下面的某一個：
NAT工作流程
NAT工作流程
如圖所示有兩個網絡：本地網絡、網際網路
本地網絡中有台pc，ip地址為192.168.31.99，為私網ip地址，有台路由器，其中LAN口的地址為192.168.31.1，WAN口的地址為188.87.15.21.
網際網路有台伺服器，IP位址為204.12.25.36.
現在本地網絡中的pc想要訪問網際網路中的伺服器，pc的私網地址想要直接訪問擁有公網地址的伺服器是不可能，所以需要有個中間媒介作為轉換。
pc發送源ip為192.168.31.99，目的ip為204.12.25.36的數據包到無線路由器的LAN口，無線路由器中有NAT模塊將私網ip轉換後從WAN口將數據包變為源ip 188.87.15.21，目的ip為204.12.25.36發送至網際網路的伺服器。
伺服器收到後，將pc需要的數據進行返回，首先發送源ip 204.12.25.36，目的ip為188.87.15.21的數據包到無線路由器的WAN口，無線路由器內置的NAT模塊將進行地址轉換，然後發送數據包，源ip 204.12.25.36，目的ip為192.168.31.99.
這個就是NAT工作的全流程。
NAT類型
NAT一共有三種類型：
NAT類型
源NAT
源NAT對源IP或者源埠進行轉換。
源NAT
根據是否轉換源埠，源NAT還可以細分為以下三種類型：
NAT No-PAT：只轉換地址，不轉換埠
NAPT：同時轉換地址和埠
Easy IP：與NAPT類似，將接口地址作為公網IP位址進行NAT。
目的NAT
目的NAT和源NAT相反，將目的IP或者目的埠進行轉換。
目的NAT
根據NAT後是否固定映射，可以將目的NAT分為以下三種類型：
靜態目的NAT：有固定映射，內部 IP 地址到外部 IP 地址的一對一轉換。
動態目的NAT：沒有固定映射，提供者給出幾個外部IP位址，之後路由器自己根據需要分配地址。
NAT Server：當私網伺服器需要為公網提供服務時，需要在路由器上配置NAT伺服器，並指定【公網IP位址：埠】與【私網IP位址：埠】一一對應，將內網伺服器映射到公網，公網主機通過【公網IP位址：埠】訪問內網伺服器。
雙向NAT
雙向NAT就是兼源NAT和目的NAT的功能，同時對目的地址信息和源地址信息進行處理。
NAT優缺點
優點
⭐減緩了 IPv4 地址空間耗盡的過程
NAT 簡化了網絡管理
NAT 不將內部尋址結構暴露給外部，為網絡環境帶來安全性
NAT 在建立網絡方面增加了網絡的靈活性
缺點
NAT轉換需要耗時間、耗內存
經過NAT轉換後，排障會增加難度。
總結
網絡地址轉換 NAT 是一種網際網路標準，由Cisco開發，它使區域網能夠將一組IP 地址用於內部流量，將另一組地址用於外部流量，能夠將私網IP位址轉換為公網IP位址，NAT 服務有三個主要功能：
隱藏內部 IP 地址提供一種類似防火牆的安全效果。
增加私網ip地址，利用擴展內網網絡。
允許合併多個ISDN連接以形成單個 Internet 連接，將多個私網ip轉為一個公網ip。
