Как настроить NAT соединение и статический IP на PS4. NAT на пальцах: что это? Нужен ли nat

Трансляция сетевых адресов (NAT) является способом переназначения одного адресного пространства в другое путем изменения информации То есть заголовки пакетов изменяются в то время, когда они находятся в пути через устройство маршрутизации трафика. Этот метод первоначально использовался для простоты перенаправления трафика в IP-сетях без перенумерации каждого хоста. Он стал популярным и важным инструментом для сохранения и распределения глобального адресного пространства в условиях недостатка адресов IPv4.

NAT - это что такое?

Оригинальное использование трансляции сетевых адресов состоит в отображении каждого адреса из одного адресного пространства к соответствующему адресу в другом пространстве. Например, это необходимо, если провайдер интернет-услуг изменился, а пользователь не имеет возможности публично объявить новый маршрут к сети. В условиях обозримого глобального истощения IP-адресного пространства технология NAT все чаще используется с конца 1990-х годов в сочетании с IP-шифрованием (которое представляет собой метод перехода нескольких IP-адресов в одно пространство). Этот механизм реализован в устройстве маршрутизации, которое использует таблицы перевода с сохранением состояния для отображения «скрытых» адресов в один IP-адрес, и перенаправляет исходящие IP-пакеты на выходе. Таким образом, они отображаются выходящими из устройства маршрутизации. В обратном ответы отображаются в исходном IP-адресе с помощью правил, хранящихся в таблицах перевода. Правила таблицы перевода, в свою очередь, очищаются по истечении короткого периода, если новый трафик не обновляет свое состояние. Таков основной механизм NAT. Это что означает?

Данный метод позволяет осуществлять связь через маршрутизатор только тогда, когда соединение происходит в зашифрованной сети, так как это создает таблицы перевода. Например, веб-браузер внутри такой сети может просматривать сайт за ее пределами, но, будучи установленным вне ее, он не может открыть ресурс, размещенный в ней. Тем не менее большинство устройств NAT сегодня позволяют конфигурировать записи таблицы перевода для постоянного использования. Эта функция часто упоминается как статическая NAT или перенаправление портов, и она позволяет трафику, исходящему во «внешнюю» сеть, достичь назначенных хостов в зашифрованной сети.

Из-за популярности этого метода, используемого с целью сохранения адресного пространства IPv4, термин NAT (это что такое фактически - указано выше) стал практически синонимом метода шифрования.

Поскольку трансляция сетевых адресов изменяет информацию об адресе IP-пакетов, это имеет серьезные последствия для качества подключения к интернету и требует пристального внимания к деталям его реализации.

Способы применения NAT отличаются друг от друга в их конкретном поведении в различных случаях, касающихся влияния на сетевой трафик.

Базовая NAT

Простейший тип Network Address Translation (NAT) обеспечивает трансляцию IP-адресов «один-к-одному». RFC 2663 является основным типом данной трансляции. В этом типе изменяются только IP-адреса и контрольная сумма IP-заголовков. Основные типы трансляции можно использовать для соединения двух IP-сетей, которые имеют несовместимую адресацию.

NAT - это что в подключении «один-ко-многим»?

Большинство разновидностей NAT способны сопоставить несколько частных хостов к одному публично обозначенному IP-адресу. В типичной конфигурации локальная сеть использует один из назначенных «частных» IP-адресов подсети (RFC 1918). Маршрутизатор в этой сети имеет частный адрес в этом пространстве.

Маршрутизатор также подключается к интернету с помощью «публичного» адреса, присвоенного провайдером. Так как трафик проходит из локальной сети источника в каждом пакете переводится на лету из частного адреса в публичный. Маршрутизатор отслеживает основные данные о каждом активном соединении (в частности, адрес и порт назначения). Когда ответ возвращается к нему, он использует данные соединения, которые сохраняются во время выездного этапа, чтобы определить частный адрес внутренней сети, к которому следует направить ответ.

Одним из преимуществ этого функционала является то, что он служит практическим решением надвигающегося исчерпания адресного пространства IPv4. Даже крупные сети могут быть подключены к Интернету с помощью одного IP-адреса.

Все дейтаграммы пакетов на IP-сетях имеют 2 IP-адреса - исходный и пункта назначения. Как правило, пакеты, проходящие из частной сети к сети общего пользования, будут иметь адрес источника пакетов, изменяющийся во время перехода от публичной сети обратно к частной. Более сложные конфигурации также возможны.

Особенности

Настройка NAT может иметь некоторые особенности. Во избежание трудностей в том, как перевести возвращенные пакеты, требуются их дальнейшие модификации. Подавляющее большинство интернет-трафика идет через протоколы TCP и UDP, и их номера портов изменяются таким образом, что сочетание IP-адреса и номера порта при обратном направлении данных начинает сопоставляться.

Протоколы, не основанные на TCP и UDP, требуют других методов перевода. Протокол управления сообщениями в (ICMP), как правило, соотносит передаваемые данные с существующим соединением. Это означает, что они должны быть отображены с использованием того же IP-адреса и номера, установленного изначально.

Что нужно учитывать?

Настройка NAT в роутере не дает ему возможности соединения «из конца в конец». Поэтому такие маршрутизаторы не могут участвовать в некоторых интернет-протоколах. Услуги, которые требуют инициации TCP-соединений от внешней сети или пользователей без протоколов, могут быть недоступны. Если маршрутизатор NAT не делает особых усилий для поддержки таких протоколов, входящие пакеты не могут добраться до места назначения. Некоторые протоколы могут разместиться в одной трансляции между участвующими хостами («пассивный режим» FTP, например), иногда с помощью шлюза прикладного уровня, но соединение не будет установлено, когда обе системы отделены от сети Интернет с помощью NAT. Использование трансляции сетевых адресов также усложняет такие «туннельные» протоколы, как IPsec, поскольку она изменяет значения в заголовках, которые взаимодействуют с проверками целостности запросов.

Существующая проблема

Соединение «из конца в конец» является основным принципом интернета, существующим с момента его разработки. Текущее состояние сети показывает, что NAT является нарушением этого принципа. У специалистов существует серьезная озабоченность в связи с повсеместным использованием в IPv6-трансляции сетевых адресов, и поднимается проблема о том, как эффективно ее устранить.

Из-за недолговечной природы таблиц, сохраняющих состояние трансляции в маршрутизаторах NAT, устройства внутренней сети утрачивают IP-соединение, как правило, в течение очень короткого периода времени. Говоря о том, что такое NAT в роутере, нельзя забывать про это обстоятельство. Это серьезно сокращает время работы компактных устройств, работающих на батарейках и аккумуляторах.

Масштабируемость

Кроме того, при использовании NAT отслеживаются только порты, которые могут быть быстро истощены внутренними приложениями, использующими несколько одновременных соединений (например, HTTP-запросы для веб-страниц с большим количеством встроенных объектов). Эта проблема может быть смягчена путем отслеживания IP-адреса назначения в дополнение к порту (таким образом, один локальный порт разделяется большим количеством удаленных хостов).

Некоторые сложности

Поскольку все внутренние адреса маскируются под один общедоступный, для внешних хостов становится невозможно инициировать подключение к определенному внутреннему узлу без специальной конфигурации на брандмауэре (которая должна перенаправлять подключения к определенному порту). Такие приложения, как IP-телефония, видеоконференции и подобные сервисы должны использовать методы обхода NAT, чтобы нормально функционировать.

Обратный адрес и порт перевода (Rapt) позволяет хосту, реальный IP-адрес которого меняется время от времени, оставаться доступным в качестве сервера с помощью фиксированного IP-адреса домашней сети. В принципе, это должно позволить настройке серверов сохранять соединение. Несмотря на то что это не идеальное решение проблемы, это может стать еще одним полезным инструментом в арсенале сетевого администратора при решении задачи, как настроить NAT на роутере.

Port Address Translation (PAT)

Реализацией Cisco Rapt является Port Address Translation (PAT), который отображает несколько частных IP-адресов в виде одного публичного. Несколько адресов могут быть отображены как адрес, потому что каждый из них отслеживается с помощью номера порта. PAT использует уникальные номера портов источника на внутреннем глобальном IP, чтобы различать направление передачи данных. Такими номерами являются 16-разрядные целые числа. Общее количество внутренних адресов, которые могут быть переведены на один внешний, теоретически может достигать 65536. Реальное же количество портов, на которые может быть назначен единый IP-адрес, составляет около 4000. Как правило, PAT пытается сохранить исходный порт «оригинала». Если он уже используется, Port Address Translation назначает первый доступный номер порта, начиная с начала соответствующей группы - 0-511, 512-1023 или 1024-65535. Когда больше нет доступных портов и есть более чем один внешний IP-адрес, PAT переходит к следующему, чтобы попытаться выделить исходный порт. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не закончатся доступные данные.

Отображение адреса и порта осуществляется службой Cisco, которая сочетает в себе адрес порта перевода с данными туннелирования пакетов IPv4 по внутренней сети IPv6. По сути дела, это неофициальная альтернатива CarrierGrade NAT и DS-Lite, которая поддерживает IP-трансляции адресов/портов (и, следовательно, поддерживается настройка NAT). Таким образом, это позволяет избежать проблем в установке и поддержании соединения, а также обеспечивает механизм перехода для развертывания IPv6.

Методы перевода

Существует несколько способов реализации перевода сетевого адреса и порта. В некоторых прикладных протоколах, которые используют приложения по работе с IP-адресами, работающими в зашифрованной сети, необходимо определить внешний адрес NAT (который используется на другом конце соединения), и, кроме того, зачастую необходимо изучить и классифицировать тип передачи. Обычно это делается потому, что желательно создать прямой канал связи (либо сохранить бесперебойную передачу данных через сервер, или же для повышения производительности) между двумя клиентами, оба из которых находятся за отдельными NAT.

Для этой цели (как настроить NAT) в 2003 году был разработан специальный протокол RFC 3489, обеспечивающий простой обход UDP через NATS. На сегодняшний день он является устаревшим, поскольку такие методы в наши дни являются недостаточными для правильной оценки работы многих устройств. Новые методы были стандартизованы в протоколе RFC 5389, который был разработан в октябре 2008 года. Эта спецификация сегодня носит название SessionTraversal и представляет собой утилиту для работы NAT.

Создание двусторонней связи

Каждый пакет TCP и UDP содержит IP-адрес источника и номер его порта, а также координаты порта назначения.

Для получения таких общедоступных услуг, как функционал почтовых серверов, номер порта имеет важное значение. Например, подключается к программному обеспечению веб-сервера, а 25 - к SMTP почтового сервера. IP-адрес общедоступного сервера также имеет существенное значение, подобное почтовому адресу или номеру телефона. Оба этих параметра должны быть достоверно известны всем узлам, которые намерены установить соединение.

Частные IP-адреса имеют значение только в локальных сетях, где они используются, а также для хост-портов. Порты являются уникальными конечными точками связи на хосте, поэтому соединение через NAT поддерживается с помощью комбинированного картирования порта и IP-адреса.

РАТ (Port AddressTranslation) разрешает конфликты, которые могут возникнуть между двумя различными хостами, использующими один и тот же номер порта источника для установления уникальных подключений одновременно.

Всем привет сегодня мы поговорит как настроить на Cisco NAT. Что такое NAT и для чего он вообще нужен, так как этот функционал давно и плотно вошел в нашу повседневную жизнь и сейчас очень сложно себе представить, хотя бы одно предприятие, в котором бы не использовалась данная технология. В свое время она спасла интернет и сильно отсрочила, переход с ipv4 на ipv6, но обо всем по порядку.

Что такое NAT

NAT (Network Address Translation ) это механизм преобразование сетевых адресов, если по простому, то это технология которая позволяет за одним белым ip сидеть куче частных или серых ip. Примером моет быть офисный интернет, где все пользователи сидят через общий шлюз, на котором настроен ip адрес выходящий в интернет, что у пользователей настроены локальные ip адреса.

Выглядит это приблизительно вот так

Виды NAT

Статический NAT - преобразование серого ip в белый, пример проброс порта в локальную сеть, например RDP
Динамический NAT - преобразование серого ip в один из ip адресов группы белых ip адресов
Перегруженный NAT или как его называют еще PAT (port Adress translation), преобразование нескольких серых ip в белый, давая им разные порты.

Сегодня мы рассмотрим статических NAT и PAT.

Настройка NAT Cisco

Вот как выглядит схема маленького офиса. У нас есть 3 компьютера в vlan 2, есть сервер в отдельном vlan 3. Все это добро подключено в коммутатор второго уровня cisco 2660, который в свою очередь воткнут в роутер Cisco 1841, который маршрутизирует локальный трафик между vlan 2 и 3.

Настройка Cisco 2960

Создадим vlan 2 и vlan3, зададим им имена и настроим нужные порты на эти vlan.

enable
conf t
создаем vlan 2
vlan 2
name VLAN2
exit
создаем vlan 3
vlan 3
name VLAN3
exit
Помещаем порты в vlan2
int range fa0/1-3
switchport mode access
switchport access vlan 2
exit
Помещаем порт в vlan3
int fa 0/4
switchport mode access
switchport access vlan 3
exit

int fa 0/5
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 2,3
do wr mem

Настройка Cisco 1841

Первым делом создадим sub интерфейсы и поднимем порт.

enable
conf t
int fa0/0
no shutdown
exit

int fa0/0.2
encapsulation dot1Q 2
ip address 192.168.2.251 255.255.255.0
no shutdown
exit

int fa0/0.3
encapsulation dot1Q 3
ip address 192.168.3.251 255.255.255.0
no shutdown
exit

В итоге порт загорелся зеленым

Настройка PAT

В моей виртуальной инфраструктуре к сожалению нашу схему нельзя выпустить в интернет, мы его сэмулируем, у нас будет роутер с белым ip адресом и сервер тоже с белым ip адресом. Схематично это выглядит вот так. На роутере провайдера на определенном порту присвоен белый ip адрес 213.235.1.1 и маска сети 255.255.255.252

Настроим на нашем тестовом провайдерском роутере этот ip.

en
conf t
int fa0/0
ip address 213.235.1.1 255.255.255.252
no shutdown
exit

настроим порт fa0/1 который смотрим на сервер, и зададим ему другой белый ip 213.235.1.25 255.255.255.252

int fa0/1
ip address 213.235.1.25 255.255.255.252
no shutdown
exit

Сервер у меня будут иметь ip адрес 213.235.1.26 и шлюзом будет 213.235.1.25, интерфейс роутера провайдера смотрящего на сервер.

Теперь произведем настройку нашего локального роутера Router0, настроим на нем выделенный нам провайдером белый ip адрес 213.235.1.2 255.255.255.252, шлюзом будет 213.235.1.1

enable
conf t
int fa0/1
ip address 213.235.1.2 255.255.255.252
no shutdown
exit
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 213.235.1.1
exit
wr mem

Пробуем пропинговать с офисного роутера ip адреса провайдера и сервера, и видим что все отлично работает.

Router#ping 213.235.1.1

Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 0/0/0 ms

Router#ping 213.235.1.1

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 213.235.1.1, timeout is 2 seconds:

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 0/0/1 ms

Router#ping 213.235.1.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 213.235.1.2, timeout is 2 seconds:

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 0/9/17 ms

Router#ping 213.235.1.25

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 213.235.1.25, timeout is 2 seconds:

Router#ping 213.235.1.26

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 213.235.1.26, timeout is 2 seconds:

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 0/0/0 ms

Ну и само натирование. На локальном роутере выполняем следующее. Теперь нам нужно задать какой интерфейс nat будет считать внешним, а какой внутренним, тут все просто внешним будет то где настроен белый ip адрес провайдера, внутренним то что соединен с коммутатором второго уровня. fa0/1 будет внешним, а два sub интерфейса внутренними.

enable
conf t
int fa0/1
ip nat outside
exit
int fa0/0.2
ip nat inside
int fa0/0.3
ip nat inside
exit

Настройка Access List

Access List список, какой трафик нужно натировать, а какой должен работать без NAT.

Создаем список доступа по имени NAT

ip access-list standard NAT
Разрешаем два пула
permit 192.168.2.0 0.0.0.255
permit 192.168.3.0 0.0.0.255

0.0.0.255 это Wildcard bits

как видим, у нас в конфиге появился список доступа и помечены порты какие outside, а какие inside.

И вводим еще одну волшебную команду, где говорит что трафик пришедший на fa0/1 нужно натить по правилу NAT. В итоге мы настроили PAT.

ip nat inside source list NAT interface fa0/1 overload

Сохраняем все do wr mem

проверим с компьютера локальной сети доступность внешних ресурсов. Посмотрим текущие конфигурации командой ipconfig, видим ip адрес 192.168.2.1, пропингуем 213.235.1.26, как видите все ок и NAT cisco работает.

Что такое NAT

Ваш компьютер может быть подключен к интернету напрямую. Тогда говорят, что у него внешний IP адрес.

Обычно это значит, что компьютер подключен сразу к модему (DSL, кабельному или обычному аналоговому).

За NAT означает, что ваш компьютер подключен не к интернету, а к локальной сети. Тогда у него внутренний IP адрес, из интернета сам по себе недоступный.

Доступ к интернету ваш компьютер получает через NAT - процесс трансляции внутренних адресов во внешние и обратно. NAT-устройство обычно называют раутером.

Специфика работы NAT такова, что соединения, инициируемые вашим компьютером, прозрачно проходят через NAT-устройство в интернет. Однако соединения, которые хотели бы с вами установить другие компьютеры из интернета, до вас дойти не могут.

Находим IP адрес компьютера

Run">Откройте диалоговое окно для запуска программ: клик на кнопке Пуск, в меню выберите Выполнить .

В Windows 2000/XP набираем команду cmd /k ipconfig , нажимаем OK и смотрим на результат.

Windows 2000 IP Configuration Ethernet adapter Local Area Connection: Connection-specific DNS Suffix . : IP Address. . . . . . . . . . . . : 192.168.1.10 Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0 Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.1.1

Первый из этих адресов - это IP адрес вашего компьютера.

Нaходитесь ли вы за NAT

Три специальных диапазона IP адресов зарезервированы для локальных сетей и в интернете не используются:

10. 0. 0. 0 - 10. 255.255.255 172. 16. 0. 0 - 172. 31.255.255 192.168. 0. 0 - 192.168.255.255

Если IP адрес вашего компьютера находится в одном из этих диапазонов, то есть начинается с 10. или с 192.168. или с 172.nn. (где nn - от 16 до 31) , то это локальный (внутренний) адрес, и вы точно находитесь за NAT.

Если нет, то теперь проверьте, под каким IP адресом вас видят другие компьютеры в интернете. Например на whatsmyip.org ("Your IP Address is x.x.x.x" вверху страницы) или на myipaddress.com .

Если IP адрес вашего компьютера совпадает с показанным одним из этих сайтов, то вы точно подключены к интернету напрямую.

В остальных случаях наверняка сказать нельзя. Возможны такие варианты:

вы находитесь за NAT, но ваш сетевой администратор выбрал нестандартные внутренние адреса для вашей локальной сети. Найдите его и поинтересуйтесь, зачем так нужно было делать.
вы выходите в интернет через прокси сервер (тогда whatsmyip.org показал вам адрес этого прокси сервера). Во многих случаях вы можете определить, есть ли между вами и интернетом прокси сервер, пользуясь например lagado.com/proxy-test .
Подключение через прокси в этом руководстве не рассматривается .

Варианты подключения через NAT

Если вы за NAT, то следующим шагом надо определить, где именно находится NAT-устройство.

NAT провайдера

провайдер предоставляет вам интернет через NAT ,
или что провайдер не дает вам внешний IP адрес ,
или что вы подключены через локальную сеть провайдера

Проще всего позвонить провайдеру и узнать. Или поинтересоваться у знающих соседей с таким же подключением.

При подключении к интернету через локальную сеть провайдера сделать себе доступный порт нельзя. Если, конечно, провайдер специально для вас не перенаправит определенный порт, что малореально. Или если вы не заплатите дополнительно за услугу, которая обычно называется "внешний" ("белый") IP адрес.

NAT в офисе или многоквартирном доме

В принципе ситуация такая же, но вы можете поискать подходы к местному админу. В конечном итоге решение вопроса о доступности порта зависит от того, имеете ли вы доступ к настройкам раутера.

Кроме того, можно также попробовать UPnP, вдруг в раутере оставили его разрешенным.

NAT ваш собственный

В этом случае вы практически всегда можете его настроить и получить доступный порт.

Обычно это или подключение через домашний раутер или подключение через другой компьютер, например используя ICS (второй вариант тут не рассматривается).

Конечно, в принципе бывает и так, что NAT есть и у вас дома, и у провайдера, то есть ваш компьютер находится за двумя NAT сразу. Это можно проверить, зайдя в настройки раутера, посмотрев на его внешний адрес и далее следуя вышеописанному сценарию (принадлежит ли этот адрес диапазонам локальных сетей, совпадает ли он с тем адресом, под которым вас видят в интернете).

IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы. Хостам, подключающимся к Интернету время от времени по обычной телефонной линии, можно выделять IP-адреса динамически, только на время соединения. Тогда один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей, и этого, возможно, будет достаточно для провайдера, у которого несколько сотен тысяч клиентов. Когда сессия связи завершается, IP-адрес присваивается новому соединению. Такая стратегия может решить проблемы провайдеров, имеющих не очень большое количество частных клиентов, соединяющихся по телефонной линии, однако не поможет провайдерам, большую часть клиентуры которых составляют организации.

Дело в том, что корпоративные клиенты предпочитают иметь постоянное соединение с Интернетом, по крайней мере в течение рабочего дня. И в маленьких конторах, например туристических агенствах, состоящих из трех сотрудников, и в больших корпорациях имеются локальные сети, состоящие из некоторого числа компьютеров. Некоторые компьютеры являются рабочими станциями сотрудников, некоторые служат веб-серверами. В общем случае имеется маршрутизатор ЛВС, соединенный с провайдером по выделенной линии для обеспечения постоянного подключения. Такое решение означает, что с каждым компьютером целый день связан один IP-адрес. Вообще-то даже все вместе взятые компьютеры, имеющиеся у корпоративных клиентов, не могут перекрыть имеющиеся у провайдера IP-адреса. Для адреса длины /16 этот предел равен, как мы уже отмечали, 65 534. Однако если у поставщика услуг Интернета число корпоративных клиентов исчисляется десятками тысяч, то этот предел будет достигнут очень быстро.

Проблема усугубляется еще и тем, что все большее число частных пользователей желают иметь ADSL или кабельное соединение с Интернетом. Особенности этих способов заключаются в следующем:

а) пользователи получают постоянный IP-адрес;

б) отсутствует повременная оплата (взимается только ежемесячная абонентская плата).

Пользователи такого рода услуг имеют постоянное подключение к Интернету. Развитие в данном направлении приводит к возрастанию дефицита IP-адресов. Присваивать IP-адреса «на лету», как это делается при телефонном подключении, бесполезно, потому что число активных адресов в каждый момент времени может быть во много раз больше, чем имеется у провайдера.

Часто ситуация еще больше усложняется за счет того, что многие пользователи ADSL и кабельного Интернета имеют дома два и более компьютера (например, по одному на каждого члена семьи) и хотят, чтобы все машины имели выход в Интернет. Что же делать - ведь есть только один IP-адрес, выданный провайдером! Решение таково: необходимо установить маршрутизатор и объединить все компьютеры в локальную сеть. С точки зрения провайдера, в этом случае семья будет выступать в качестве аналога маленькой фирмы с несколькими компьютерами. Добро пожаловать в корпорацию Пупкиных!

Проблема дефицита IP-адресов отнюдь не теоретическая и отнюдь не относится к отдаленному будущему. Она уже актуальна, и бороться с ней приходится здесь и сейчас. Долговременный проект предполагает тотальный перевод всего Интернета на протокол IPv6 со 128-битной адресацией. Этот переход действительно постепенно происходит, но процесс идет настолько медленно, что затягивается на годы. Видя это, многие поняли, что нужно срочно найти какое-нибудь решение хотя бы на ближайшее время. Такое решение было найдено в виде метода трансляции сетевого адреса, NAT (Network Address Translation) , описанного в RFC 3022. Суть его мы рассмотрим позже, а более подробную информацию можно найти в (Butcher, 2001).

Основная идея трансляции сетевого адреса состоит в присвоении каждой фирме одного IP-адреса (или, по крайней мере, небольшого числа адресов) для интернет-трафика. Внутри фирмы каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, используемый для маршрутизации внутреннего трафика. Однако как только пакет покидает пределы здания фирмы и направляется к провайдеру, выполняется трансляция адреса. Для реализации этой схемы было создано три диапазона так называемых частных IP-адресов. Они могут использоваться внутри компании по ее усмотрению. Единственное ограничение заключается в том, что пакеты с такими адресами ни в коем случае не должны появляться в самом Интернете. Вот эти три зарезервированных диапазона:

10.0.0.0 - 10.255.255.255/8 (16 777 216 хостов)

172.16.0.0 - 172.31.255.255/12 (1 048 576 хостов)

192.168.0.0 -192.168.255.255/16 (65 536 хостов)

Работа метода трансляции сетевых адресов показана на нжеследующей схеме. В пределах территории компании у каждой машины имеется собственный уникальный адрес вида 10.x.y.z. Тем не менее, когда пакет выходит за пределы владений компании, он проходит через NAT-блок, транслирующий внутренний IP-адрес источника (10.0.0.1 на рисунке) в реальный IP-адрес, полученный компанией от провайдера (198.60.42.12 для нашего примера). NAT-блок обычно представляет собой единое устройство с брандмауэром , обеспечивающим безопасность путем строго отслеживания входящего и исходящего -трафика компании. NAT-блок может быть интегрирован с маршрутизатором компании.

Мы до сих пор обходили одну маленькую деталь: когда приходит ответ на запрос (например, от веб-сервера), он ведь адресуется 198.60.42.12. Как же NAT-блок узнает, каким внутренним адресом заменить общий адрес компании? Вот в этом и состоит главная проблема использования трансляции сетевых адресов. Если бы в заголовке IP-пакета было свободное поле, его можно было бы использовать для запоминания адреса того, кто посылал запрос. Но в заголовке остается неиспользованным всего один бит. В принципе, можно было бы создать такое поле для истинного адреса источника, но это потребовало бы изменения IP-кода на всех машинах по всему Интернету. Это не лучший выход, особенно если мы хотим найти быстрое решение проблемы нехватки IP-адресов.

На самом деле произошло вот что. Разработчики NAT подметили, что большая часть полезной нагрузки IP-пакетов - это либо TCP, либо UDP . Оба формата имеют заголовки, содержащие номера портов источника и приемника. Номера портов представляют собой 16-разрядные целые числа, показывающие, где начинается и где заканчивается TCP-соединение. Место хранения номеров портов используется в качестве поля, необходимого для работы NAT.

Когда процесс желает установить TCP-соединение с удаленным процессом, он связывается со свободным TCP-портом на собственном компьютере. Этот порт становится портом источника, который сообщает TCP-коду информацию о том, куда направлять пакеты данного соединения. Процесс также определяет порт назначения. Посредством порта назначения сообщается, кому отдать пакет на удаленной стороне. Порты с 0 по 1023 зарезервированы для хорошо известных сервисов. Например, 80-й порт используется веб-серверами, соответственно, на них могут ориентироваться удаленные клиенты. Каждое исходящее сообщение TCP содержит информацию о порте источника и порте назначения. Вместе они служат для идентификации процессов на обоих концах, использующих соединение.

Проведем аналогию, которая несколько прояснит принцип использования портов. Допустим, у компании есть один общий телефонный номер. Когда люди набирают его, они слышат голос оператора, который спрашивает, с кем именно они хотели бы соединиться, и подключают их к соответствующему добавочному телефонному номеру. Основной телефонный номер является аналогией IP-адреса компании, а добавочные на обоих концах аналогичны портам. Для адресации портов используется 16-битное поле, которое идентифицирует процесс, получающий входящий пакет.

С помощью поля Порт источника мы можем решить проблему отображения адресов. Когда исходящий пакет приходит в NAT-блок, адрес источника вида 192.168.c.d заменяется настоящим IP-адресом. Кроме того, поле Порт источника TCP заменяется индексом таблицы перевода NAT-блока, содержащей 65 536 записей. Каждая запись содержит исходный IP-адрес и номер исходного порта. Наконец, пересчитываются и вставляются в пакет контрольные суммы заголовков TCP и IP. Необходимо заменять поле Порт источника, потому что машины с местными адресами 10.0.0.1 и 10.0.0.2 могут случайно пожелать воспользоваться одним и тем же портом (5000-м, например). Так что для однозначной идентификации процесса отправителя одного поля Порт источника оказывается недостаточно.

Когда пакет прибывает на NAT-блок со стороны провайдера, извлекается значение поля Порт источника заголовка TCP. Оно используется в качестве индекса таблицы отображения NAT-блока. По найденной в этой таблице записи определяются внутренний IP-адрес и настоящий Порт источника TCP. Эти два значения вставляются в пакет. Затем заново подсчитываются контрольные суммы TCP и IP. Пакет передается на главный маршрутизатор компании для нормальной доставки с адресом вида 192.168.y.z.

В случае применения ADSL или кабельного Интернета трансляция сетевых адресов может применяться для облегчения борьбы с нехваткой адресов. Присваиваемые пользователям адреса имеют вид 10.x.y.z. Как только пакет покидает пределы владений провайдера и уходит в Интернет, он попадает в NAT-блок, который преобразует внутренний адрес в реальный IP-адрес провайдера. На обратном пути выполняется обратная операция. В этом смысле для всего остального Интернета провайдер со своими клиентами, использующими ADSL и кабельное:оединение, представляется в виде одной большой компании.

Хотя описанная выше схема частично решает проблему нехватки IP-адресов, многие приверженцы IP рассматривают NAT как некую заразу, распространяющуюся по Земле. И их можно понять.

Во-первых, сам принцип трансляции сетевых адресов никак не вписывается в архитектуру IP, которая подразумевает, что каждый IP-адрес уникальным образом идентифицирует только одну машину в мире. Вся программная структура Интернета построена на использовании этого факта. При трансляции сетевых адресов получается, что тысячи машин могут (и так происходит в действительности) иметь адрес 10.0.0.1.

Во-вторых, NAT превращает Интернет из сети без установления соединения в нечто подобное сети, ориентированной на соединение. Проблема в том, что NAT-блок должен поддерживать таблицу отображения для всех соединений, проходящих через него. Запоминать состояние соединения - дело сетей, ориентированных на соединение, но никак не сетей без установления соединений. Если NAT-блок ломается и теряются его таблицы отображения, то про все TCP-соединения, проходящие через него, можно забыть. При отсутствии трансляции сетевых адресов выход из строя маршрутизатора не оказывает никакого эффекта на деятельность TCP. Отправляющий процесс просто выжидает несколько секунд и посылает заново все неподтвержденные пакеты. При использовании NAT Интернет становится таким же восприимчивым к сбоям, как сеть с коммутацией каналов.

В-третьих, NAT нарушает одно из фундаментальных правил построения многоуровневых протоколов: уровень k не должен строить никаких предположений относительно того, что именно уровень k + 1 поместил в поле полезной нагрузки. Этот принцип определяет независимость уровней друг от друга. Если когда-нибудь на смену TCP придет ТСР-2, у которого будет другой формат заголовка (например, 32-битная адресация портов), то трансляция сетевых адресов потерпит фиаско. Вся идея многоуровневых протоколов состоит в том, чтобы изменения в одном из уровней никак не могли повлиять на остальные уровни. NAT разрушает эту независимость.

В-четвертых, процессы в Интернете вовсе не обязаны использовать только TCP или UDP. Если пользователь машины А решит придумать новый протокол транспортного уровня для общения с пользователем машины В (это может быть сделано, например, для какого-нибудь мультимедийного приложения), то ему придется как-то бороться с тем, что NAT-блок не сможет корректно обработать поле Порт источника TCP.

В-пятых, некоторые приложения вставляют IP-адреса в текст сообщений. Получатель извлекает их оттуда и затем обрабатывает. Так как NAT не знает ничего про такой способ адресации, он не сможет корректно обработать пакеты, и любые попытки использования этих адресов удаленной стороной приведут к неудаче. Протокол передачи файлов, FTP (File Transfer Protocol), использует именно такой метод и может отказаться работать при трансляции сетевых адресов, если только не будут приняты специальные меры. Протокол интернет-телефонии Н.323 также обладает подобным свойством. Можно улучшить метод NAT и заставить его корректно работать с Н.323, но невозможно же дорабатывать его всякий раз, когда появляется новое приложение.

В-шестых, поскольку поле Порт источника является 16-разрядным, то на один IP-адрес может быть отображено примерно 65 536 местных адресов машин. На самом деле это число несколько меньше: первые 4096 портов зарезервированы для служебных нужд. В общем, если есть несколько IP-адресов, то каждый из них может поддерживать до 61 440 местных адресов.

Эти и другие проблемы, связанные с трансляцией сетевых адресов, обсуждаются в RFC 2993. Обычно противники использования NAT говорят, что решение проблемы нехватки IP-адресов путем создания временной заплатки только мешает процессу настоящей эволюции, заключающемуся в переходе на IPv6. Но если вернутся в реальность, то мы увидим, что в большинстве случаев NAT - это просто незаменимая вещь, особенно для малых офисов с числом компьютеров от нескольких штук до нескольких десятков. NAT можно реализовать собственными силами в OS Linux используя

Если Вы читаете этот документ, то скорее всего вы подсоединены к Интернету, и используете трансляцию сетевых адресов (Network Address Translation, NAT ) прямо сейчас! Интернет стал настолько огромным, чем кто-либо мог себе представить. Хотя точный размер неизвестен, текущая оценка это приблизительно 100 миллионов хостов и более чем 350 миллионов пользователей, активно работающих в Интернете. Фактически, норма роста такова, что Интернет эффективно удваивается в размере каждый год. Для компьютера, чтобы общаться с другими компьютерами и Web-серверами в Интернете, он должен иметь IP адрес. IP адрес (IP означает Интернет Протокол) - это уникальное 32-битовое число, которое идентифицирует местоположение вашего компьютера на сети. В основном это работает точно так же как ваш уличный адрес: способ точно выяснить, где вы находитесь и доставить вам информацию. Теоретически, можно иметь 4,294,967,296 уникальных адресов (2^32). Фактическое число доступных адресов является меньшим (где-нибудь между 3.2 и 3.3 миллиарда) из-за способа, которым адреса разделены на классы и потребности отвести некоторые из адресов для мультивещания, тестирования или других определенных нужд. С увеличением домашних сетей и деловых сетей, число доступных IP адресов уже не достаточно. Очевидное решение состоит в том, чтобы перепроектировать формат адреса, чтобы учесть больше возможных адресов. Таким образом, развивается протокол IPv6, но, это развитее займет несколько лет, потому что требует модификации всей инфраструктуры Интернета.

Вот где приходит NAT нам во спасение. В основном, Сетевая Трансляция Адресов, позволяет единственному устройству, типа маршрутизатора, действовать как агент между Интернетом (или "публичной сетю") и локальной (или "частной") сетью. Это означает, что требуется только единственный уникальный IP адрес, чтобы представлять всю группу компьютеров чему-либо вне их сети. Нехватка IP адресов - только одна причина использовать NAT. Два других серьезных основания это безопасность и администрирование

Вы узнаете о том, как можно извлечь выгоду из NAT, но сначала, давайте познакомимся с NAT чуть ближе и посмотрим, что он может делать.

Маскировка

NAT похож на секретаря большого офиса. Скажем, вы оставили инструкции секретарю, чтобы не перенаправлять вам никакие звонки, до тех пор, пока вы не попросите об этом. Позже, вы звоните потенциальному клиенту и оставляете сообщение для него, чтобы он перезвонил вам. Вы говорите секретарю, что ожидаете звонок от этого клиента и звонок нужно перевести. Клиент звонит на основной номер вашего офиса, являющийся единственным номером, который он знает. Когда клиент говорит секретарю, кого он ищет, секретарь проверяет свой список сотрудников, чтобы найти соответствие имени и его номера расширения. Секретарь знает, что вы запрашивали этот звонок, поэтому он переводит звонившего на ваш телефон.

Разработанная технология Cisco, Трансляция Сетевых Адресов используется устройством (межсетевым экраном, маршрутизатором или компьютером), которое находиться между внутренней сетью и остальной частью мира. NAT имеет много форм и может работать несколькими способами:

Статический NAT - Отображение незарегистрированного IP адреса на зарегистрированный IP адрес на основании один к одному. Особенно полезно, когда устройство должно быть доступным снаружи сети.

В статическом NAT, компьютер с адресом 192.168.32.10 будет всегда транслироваться в адрес 213.18.123.110:

Динамический NAT - Отображает незарегистрированный IP адрес на зарегистрированный адрес от группы зарегистрированных IP адресов. Динамический NAT также устанавливает непосредственное отображение между незарегистрированным и зарегистрированным адресом, но отображение может меняться в зависимости от зарегистрированного адреса, доступного в пуле адресов, во время коммуникации.

В динамическом NAT, компьютер с адресом 192.168.32.10 транслируется в первый доступномый адрес в диапазоне от 213.18.123.100 до 213.18.123.150

Перегрузка(Overload) - форма динамического NAT, который отображает несколько незарегистрированных адресов в единственный зарегистрированный IP адрес, используя различные порты. Известен также как PAT (Port Address Translation)

При перегрузке, каждый компьютер в частной сети транслируется в тот же самый адрес (213.18.123.100), но с различным номером порта

Перекрытие - Когда IP адреса, используемые в вашей внутренней сети, также используются в другой сети, маршрутизатор должен держать таблицу поиска этих адресов так, чтобы он мог перехватить и заменить их зарегистрированными уникальными IP адресами. Важно отметить, что NAT маршрутизатор должен транслировать "внутренние" адреса в зарегистрированные уникальные адреса, а также должен транслировать "внешние" зарегистрированные адреса в адреса, которые являются уникальными для частной сети. Это может быть сделано либо через статический NAT, либо вы можете использовать DNS и реализовать динамический NAT.

Пример:
Внутренний диапазон IP (237.16.32.xx) является также зарегистрированный диапазоном, используемым другой сетью. Поэтому, маршрутизатор транслирует адреса, чтобы избежать потенциального конфликта. Он также будет транслировать зарегистрированные глобальные IP адреса обратно к незарегистрированным локальным адресам, когда пакеты посылаются во внутреннюю сеть

Внутренняя сеть - это обычно LAN (Локальная сеть), чаще всего, называемая, тупиковым доменом. Тупиковый домен это LAN, которая использует внутренние IP адреса. Большинство сетевого трафика в таком домене является локальным, он не покидает пределов внутренней сети. Домен может включать как зарегистрированные так и незарегистрированные IP адреса. Конечно, любые компьютеры, которые используют незарегистрированные IP адреса, должны использовать NAT, чтобы общаться с остальной частью мира.

NAT может быть сконфигурирован различными способами. В примере ниже NAT-маршрутизатор конфигурирован так, чтобы транслировать незарегистрированные IP адреса (локальные внутренние адреса), которые постоянно находятся в приватной (внутренней) сети в зарегистрированные IP адреса. Это случается всякий раз, когда устройство на внутренней части с незарегистрированным адресом должно общаться с внешней сетью.

NAT-перегрузка (overloading) использует особенность стека протокола TCP/IP, такую как мультиплексирование, которое позволяет компьютеру поддерживать несколько параллельных подключений с удаленным компьютером, используя различные TCP или UDP порты. Пакет IP имеет заголовок, который содержит следующую информацию:

Исходный адрес - IP адрес компьютера источника, например, 201.3.83.132.
Исходный порт - номер TCP или UDP порта, назначенное компьютером источником для этого пакета, например, Порт 1080.
Адрес назначения - IP адрес компьютера приемника. Например, 145.51.18.223.
Порт назначения - номер TCP или UDP порта, который просит открыть компьютер источник на применике, например, порт 3021.

IP адреса определяют две машины с каждой стороны, в то время как номера портов гарантируют, что соединение между этими двумя компьютерами имеет уникальный идентификатор. Комбинация этих четырех чисел определяет единственное соединение TCP/IP. Каждый номер порта использует 16 битов, что означает, что сушествует 65 536 (2^16) возможных значения. В действительности, так как различные изготовители отображают порты немного различными способами, вы можете ожидать приблизительно 4 000 доступных портов.

Примеры динамического NAT и NAT с перегрузкой

Ниже показано как работает динамический NAT.

Кликните на одну из зеленых кнопок, чтобы послать успешный пакет либо в, либо из внутренней сети. Нажмите на одну из красных кнопок, чтобы послать пакет, который будет отброшен маршрутизатором из-за недопустимого адреса.

внутренняя была установлена с адресами IP, которые не были специально отведены для этой компании IANA (Органом по надзору за присвоением адресов в Интернете), глобальное бюро, которое раздает IP адреса. Такие адреса нужно считать немаршрутизируемыми, так как они не уникальны. Это внутренние локальные адреса.
компания устанавливает маршрутизатор с NAT. Маршрутизатор имеет диапазон уникальных адресов IP, выданных компании. Это - внутренние глобальные адреса.
компьютер на LAN пытается соединиться с компьютером вне сети, типа Web-сервера.
маршрутизатор получает пакет от компьютера на LAN.
После проверки таблицы маршрутизации и процесса проверки для трансляции, маршрутизатор сохраняет немаршрутизируемый адрес компьютера в таблице трансляции адресов. Маршрутизатор заменяет немаршрутизируемый адрес компьютера отправителя первым доступным IP адресом из диапазона уникальных адресов. Таблица трансляций теперь имеет отображение немаршрутизируемого IP адреса компьютера, которому соответствует один из уникальных IP адресов.
Когда пакет возвращается от компьютера адресата, маршрутизатор проверяет адрес приемника в пакете. Затем он смотрит в таблицу трансляции адресов, чтобы найти, какому компьютеру в домене принадлежит данный пакет. Он изменяет адрес приемника на тот, что был сохранен ранее в таблице трансляции и посылает пакет нужному компьютеру. Если роутер не находит соответствие в таблице, он уничтожает пакет.
Компьютер получает пакет от маршрутизатора и весь процесс повторяется, пока компьютер общается с внешней системой.

Далее посмотрим как работает перегрузка

Внутренняя сеть была установлена с немаршрутизируемыми IP адресами, которые не были специально отведены для компании
компания устанавливает маршрутизатор с NAT. Маршрутизатор имеет уникальный IP адрес, который выдала IANA
компьютер в домене пытается соединиться с компьютером вне сети, типа Web-сервера.
маршрутизатор получает пакет от компьютера в домене.
После маршрутизации и проверки пакета для выполнения трансляции, маршрутизатор сохраняет немаршрутизируемый IP адрес компьютера и номер порта в таблице трансляции. Маршрутизатор заменяет немаршрутизируемый IP адрес компьютера отправителя IP адресом маршрутизатора. Маршрутизатор заменяет исходный порт компьютера отправителя неким случайным номером порта и сохраняет его в таблице трансляции адресов для этого отправителя. Таблица трансляций имеет отображение немаршрутизируемого IP адреса компьютера и номера порта наряду с IP адресом маршрутизатора.
Когда пакет возвращается от адресата, маршрутизатор проверяет порт применика в пакете. Он затем смотрит в таблицу трансляций, чтобы найти, какому компьютеру в домене принадлежит пакет. Далее роутер изменяет адрес приемника и порт приемника в те значения, которые были ранее сохранены в таблице трансляций и посылает пакет конечному узлу.
компьютер получает пакет от маршрутизатора и процесс повторяется
Так как NAT маршрутизатор теперь имеет исходный адрес компьютера и исходный порт, сохраненный к таблице трансляций, он продолжит использовать тот же самый номер порта для последующих подключений. Каждый раз, когда маршрутизатор обращается к записи в таблице трансляций сбрасывается таймер жизни этой записи. Если к записи не обращаются прежде, чем таймер истекает, она удаляется из таблицы

Число одновременных трансляций, которые маршрутизатор будет поддерживать, определяется главным образом количеством DRAM (Динамическая Память Произвольного доступа). Так как типичная запись в таблице трансляций занимает приблизительно 160 байт, маршрутизатор с 4 Мбайтами RAM может теоретически обработать 26214 одновременных соединений, что является более чем достаточно для большинства приложений.

Безопасность и Администрирование

Реализация динамического NAT автоматически создает межсетевую защиту между вашей внутренней сетью и внешними сетями или Интернет. Динамический NAT позволяет только подключения, которые порождаются в локальной сети. По существу, это означает, что компьютер на внешней сети не может соединиться с вашим компьютером, если ваш компьютер не начал соединение. Таким образом, вы можете работать в Интернете и соединиться с сайтом, и даже выгрузить файл. Но больше никто не может просто покуситься на ваш IP адрес и использовать его, чтобы соединиться с портом на вашем компьютере.

Статический NAT, также называемый входным мапингом (inbound mapping), позволяет подключения, инициированные внешними устройствами к компьютерам в LAN при определенных обстоятельствах. Например, вы можете отобразить внутренний глобальный адрес на определенный внутренний локальный адрес, который назначен на ваш Web-сервер.

Статический NAT позволяет компьютеру в LAN поддерживать определенный адрес, общаясь с устройствами вне сети:

Некоторые NAT маршрутизаторы предусматривают обширную фильтрацию и логирование трафика. Фильтрация позволяет вашей компании контролировать, какие сайты на Сети посещают работники, препятствуя им просматривать сомнительный материал. Вы можете использовать регистрацию трафика, чтобы создать журнал, какие сайты посещаются и на основании этого генерировать различные отчеты.

Иногда Сетевую Трансляцию Адресов путают с прокси-серверами, где есть определенные различия. NAT прозрачен для компьютеров источника и приемника. Никто из них не знает, что это имеет дело с третьим устройством. Но прокси сервер не прозрачен. Исходный компьютер знает, что это делает запрос на прокси. Компьютер адресата думает, что прокси сервер - это исходный компьютер и имеет дело с непосредственно ним. Кроме того, прокси-серверы обычно работают на уровне 4 (Transport) модели OSI или выше, в то время как NAT - это протокол уровня 3 (Network) . Работа на более высоких уровнях делает прокси-серверы медленнее чем NAT устройства в большинстве случаев.