17 подписчиков

Как работает преобразование сетевых адресов (NAT): Подробное объяснение

24 февраля24 фев

159

5 мин

Оглавление

Что такое NAT и зачем оно нужно?
Как работает NAT?
Основные компоненты и процесс преобразования адресов

Преобразование сетевых адресов (NAT) — это одна из самых важных технологий, которая используется в современных компьютерных сетях. Она обеспечивает взаимодействие устройств в локальной сети с внешними ресурсами, такими как Интернет, через один публичный IP-адрес. Благодаря этому можно эффективно использовать ресурсы сети, повысить безопасность и сэкономить на адресах IPv4, которых недостаточно. В этой статье мы разберемся, как работает NAT, его типы, преимущества и особенности применения.

Что такое NAT и зачем оно нужно?

NAT (Network Address Translation) — это процесс изменения адресов в пакетах данных, проходящих через маршрутизатор или брандмауэр. NAT изменяет адреса источников и/или назначений IP-пакетов в зависимости от конфигурации. Эта технология используется для того, чтобы устройства в частной сети могли использовать один публичный IP-адрес для связи с внешними ресурсами.

Преобразование адресов имеет несколько ключевых целей:

Экономия IP-адресов: В эпоху IPv4, когда количество публичных IP-адресов ограничено, NAT позволяет нескольким устройствам внутри сети использовать один публичный IP-адрес.
Повышение безопасности: NAT скрывает внутренние IP-адреса, делая устройства в локальной сети невидимыми для внешних сетей и защищая их от прямых атак.
Управление сетевыми соединениями: NAT помогает маршрутизировать пакеты между устройствами внутри сети и внешними ресурсами, при этом сохраняя информацию о сеансах связи.

Как работает NAT?

Основные компоненты и процесс преобразования адресов

Частная и публичная сети

Каждое устройство внутри локальной сети получает частный IP-адрес, который не может быть использован в Интернете (например, 192.168.1.2, 10.0.0.1). Эти адреса используются только внутри вашей сети. Для взаимодействия с внешними ресурсами необходимо преобразовать эти адреса в публичный IP-адрес, который виден в Интернете.

Маршрутизатор, выполняющий функцию NAT, имеет два интерфейса:

Внутренний (локальный) интерфейс с частными IP-адресами, к которому подключаются устройства вашей сети.
Внешний (публичный) интерфейс с публичным IP-адресом, предоставленным вашим интернет-провайдером.

Когда устройство внутри сети пытается выйти в Интернет, маршрутизатор с NAT преобразует частный IP-адрес устройства в свой публичный IP-адрес.

Преобразование пакетов

Когда устройство с частным IP-адресом, например, 192.168.1.2, отправляет пакет на внешний сервер (например, 203.0.113.5), маршрутизатор перехватывает этот пакет и меняет адрес источника. Вместо частного IP-адреса устройства (192.168.1.2) маршрутизатор использует свой публичный IP-адрес.

Пример:

Устройство отправляет пакет с адресом источника 192.168.1.2, портом 5733.
Маршрутизатор преобразует пакет, заменив адрес источника на свой публичный IP (например, 200.100.10.1) и порт (5733).

Теперь пакет может пройти через Интернет, так как публичные IP-адреса видны всем маршрутизаторам в сети.

Таблица NAT

Для того чтобы маршрутизатор мог правильно перенаправить ответы от внешних серверов обратно на нужные устройства в частной сети, он создает таблицу NAT. В этой таблице хранятся записи о том, какой внутренний IP-адрес соответствует какому публичному IP-адресу и порту.

Пример записи в таблице NAT:

192.168.1.2:5733 -> 200.100.10.1:5733.

Когда внешний сервер отправляет ответ на публичный IP-адрес, маршрутизатор проверяет таблицу и направляет пакет на правильное устройство внутри сети.

Обратное преобразование

Когда внешний сервер отправляет ответ на пакет, используя публичный IP-адрес маршрутизатора (например, 200.100.10.1:5733), маршрутизатор перехватывает этот пакет, проверяет таблицу NAT и преобразует адрес назначения обратно в частный IP-адрес устройства в локальной сети (например, 192.168.1.2:5733).

Типы NAT

Существует несколько типов NAT, каждый из которых используется в зависимости от потребностей сети.

1. Статический NAT

Статический NAT — это процесс, при котором один внутренний IP-адрес всегда отображается на один публичный IP-адрес. Это используется, когда важно, чтобы устройство в локальной сети всегда использовало один и тот же публичный адрес для связи с внешними ресурсами.

Пример:

Внутренний IP 192.168.1.2 всегда преобразуется в публичный IP 200.100.10.1.

2. Динамический NAT

Динамический NAT использует пул публичных IP-адресов для преобразования внутренних адресов. В отличие от статического NAT, где каждому внутреннему IP-адресу соответствует конкретный публичный IP, динамический NAT выбирает публичный адрес из пула, если это необходимо.

Пример:

Внутренний IP 192.168.1.2 может преобразоваться в один из нескольких публичных IP-адресов, таких как 200.100.10.1 или 200.100.10.2.

3. PAT (Port Address Translation) или Маскарад

PAT, или маскарад, позволяет нескольким устройствам в сети использовать один и тот же публичный IP-адрес, но с различными номерами портов. Этот тип NAT наиболее распространен, так как позволяет сэкономить на публичных IP-адресах.

Пример:

Внутренние IP-адреса 192.168.1.2 и 192.168.1.3 могут преобразовываться в публичный IP 200.100.10.1, но с разными номерами портов (например, 5733 и 5734).

4. NAT с выходом в интернет (Reverse NAT)

Этот тип используется для того, чтобы позволить внешним серверам обращаться к устройствам внутри частной сети. Он используется реже и чаще всего применяется для специализированных серверов, таких как веб-серверы или почтовые серверы.

Преимущества использования NAT

Экономия адресов IPv4: В эпоху ограниченных IP-адресов NAT позволяет использовать один публичный IP для множества устройств в сети. Это снижает потребность в большом количестве публичных IP-адресов.
Повышение безопасности: NAT скрывает внутренние IP-адреса и делает устройства в локальной сети невидимыми для внешнего мира, что повышает безопасность.
Гибкость и масштабируемость: Использование NAT позволяет легко настраивать сеть и добавлять новые устройства без необходимости получения дополнительных публичных IP-адресов.
Управление соединениями: NAT помогает управлять сетевыми соединениями и направлять пакеты туда, куда они должны быть отправлены, без нарушения работы всей сети.

Заключение

Преобразование сетевых адресов (NAT) является важной частью современных сетевых технологий, обеспечивая экономию ресурсов, безопасность и гибкость в управлении сетями. NAT позволяет многим устройствам внутри локальной сети использовать один публичный IP-адрес для связи с внешними ресурсами, что делает технологию не только экономичной, но и удобной для администрирования.

С помощью различных типов NAT, таких как статический, динамический и PAT, можно настраивать сеть для различных сценариев, от простых домашних сетей до более сложных корпоративных инфраструктур.