Для чего служит nat

NAT — что это такое, зачем он нужен и как его использовать

На данный момент в интернете больше всего распространены IP адреса в формате четвертой версии интернет протокола — IPv4. Но данная технология позволяет создавать лишь 4.3 миллиарда айпи на всех пользователей всемирной паутины.

Хотя нам и кажется, что это много — их уже критически не хватает, надо было придумывать, что-то новое, и еще до появления IPv6 был создан механизм преобразования сетевых адресов — NAT.

Из прошлого материала вы могли узнать о сетевом шлюзе, сейчас давайте разберемся, что из себя представляет технология NAT, как она работает и зачем была в принципе придумана и внедрена.

Что такое НАТ — NAT

NAT — это специальный механизм, реализованный в сетях TCP/IP, который позволяет изменять айпи адреса пересылаемых пакетов, т.е. тех внутренних IP, которые присылаются на сетевой шлюз — в глобальные для дальнейшей отправки во внешний интернет. Также, такие пакеты называют транзитными.

Реализуется через маршрутизатор, на программном уровне или настраивается самим провайдером. Полностью расшифровывается, как Network Address Translation и переводится на русский, как Преобразование Сетевых Адресов.

Простыми словами, работает это так. При создании сетей обычно используются частные IP вида: 10/8, 172.16/12, 192.168/16. Обмен пакетами между этими айпи внутри такой сети происходит напрямую. Но, чтобы выйти в глобальную паутину, такой IP должен быть преобразован в глобальный/публичный — именно этим и занимается NAT.

Именно НАТ позволяет вам из частной сети общаться с внешними ip адресами, за ее пределами. А между прочем, даже ваш роутер и подсоединенные к нему ПК, ноутбук, телевизор, смартфон и т.д. — это уже локальная частная сеть.

Интересно! Вот таким вот простыми способом, была решена проблема нехватки уникальных айпи IPv4 для каждого устройства. Т.е. в своей сети — свой IP, а во всемирной паутине — публичный, другой IP.

Типы NAT

1. Статический, Static NAT

Берется один IP-адрес из внутренней сети и преобразовывается во внешний/публичный и все запросы, которые будут на него посылаться извне, будут пересылаться именно на этот внутренний айпи. Т.е. для всемирной паутины он будет выглядеть полностью, как белый/публичный IP.

Используется чаще всего в корпоративных сетях, когда необходимо, чтобы какой-либо IP всегда был доступен из глобальной паутины.

Работает это так:

Вот и все. Если у вас несколько роутеров, то такую процедуру можно проделать со всеми ними.

2. Динамический, Dynamic NAT

Если вы имеете определенное количество белых/внешних IP, например, ваш поставщик интернета предоставил вам сеть 199.49.101.0/28 — с 16 айпи. Надеюсь помните, что первый и конечный адреса всегда заняты, подробнее в статье про IPv4. Еще два мы возьмем для оборудования на функционирование маршрутизации. И остается их 12, которые можно применять для NAT и пускать посредством них свои устройства.

Тут все практически также, как и со статичным НАТ, также 1 внутренний айпи привязан к 1 внешнему, но с той лишь разницей, что адреса теперь будут выдаваться динамически каждому нуждающемуся пользователю во внутренней сети, а не одному определенному узлу.

Все бы хорошо, но если, например, адресов 12, а пользователей 300? Те, кто успел, те и смогут их использовать.

3. NAT Overload

Этот вид еще имеет другие названия такие как: Many-to-One NAT, Port Address Translation (PAT) и IP Masquerading.

Как вы знаете, чаще всего провайдер выдает вам лишь один IP адрес, который может быть статическим или динамическим. Но дома может быть множество устройств с разными программами, которым необходим доступ во всемирную паутину и как определить, какое из них отправило запрос, какое приложение? Проблема эта решается использованием портов, по этой ссылке очень подробно описана эта тема.

Важно! Надеюсь вы помните, что порт пишется сразу после айпи через двоеточие, например: 176.57.209.9:443. И такая связка называется — сокет.

Как это будет выглядеть, когда NAT подменяет один IP на другой? Так, например, с двух устройств с внутренними адресами 173.52.6.7 и 173.52.4.5, которые должны заменяться на: 198.50.100.9 и 198.50.100.11 будет выполнен запрос на какой-либо сервер в интернете — это будет смотреться так:

Что происходит дальше? NAT берет IP-пакет первого узла, вынимает его TCP сегмент, при этом узнавая порт. У этого айпи внешний адрес 198.50.100.9 — на него он меняется при выходе в глобальный интернет. Далее происходит выбор порта, к примеру, 11837 и все данные уровня приложений упаковываются в новый TCP сегмент. Порт адресата естественно остается — 80, а вот того, кто отправляет заменяется с 21784 на 11837. TCP сегмент вставляется в новый IP-пакет со сменой самого адреса на 198.50.100.9. Такая же процедура происходит и со вторым хостом только отбирается следующий незанятый PORT.

Теперь данные отправляемые в интернет будут выглядеть так:

В NAT-таблицу записываются значения отправителя и получателя:

Когда приходит ответ от сервера происходит сопоставление данных с таблицей и пакеты данных доставляются именно тому, кто совершил запрос.

Преимущества NAT

Недостатки NAT

В заключение

Надеюсь вам стало чуточку понятнее, что это такое. Старался написать все, как можно понятнее без заумных терминов и других определений. Надеюсь вам понравилось и до встречи на страницах данного портала.

Источник

Задачи [ править ]

1. NAT решает проблему ограниченного диапазона IP-адресов, она существенна до тех пор, пока не произойдёт окончательный переход на IPv6.

2. Позволяет ограничить общение снаружи ко внутренним хостам, при этом возможность общаться изнутри наружу остаётся.

3. Даёт возможность скрыть внутренние сервисы внутренних хостов/серверов. Можно подменить внутренний порт официально зарегистрированной службы (например, 80-й порт TCP (HTTP-сервер) на внешний 54055-й). Таким образом, снаружи можно будет попасть на сайт по адресу вида http://example.org:54055, но на внутреннем сервере, находящемся за NAT, работа HTTP-сервера будет происходить на обычном 80-м порту, то есть 80-й порт сервера не будет доступным из Интернета для прямого входящего соединения.

Принцип работы [ править ]

Компьютер может быть подключен к Интернету напрямую (белый IP-адрес, обычно при подключении непосредственно к модему), либо через NAT — тогда компьютер имеет локальный IP-адрес, из Интернета недоступный (частный, серый). К серым адресам относятся адреса из следующих диапазонов:

Преобразование адреса методом NAT может производиться почти любым маршрутизирующим устройством — маршрутизатором, сервером доступа, межсетевым экраном. Принимая пакет от локального компьютера, роутер смотрит на IP-адрес назначения. Если это локальный адрес, то пакет пересылается другому локальному компьютеру. Если нет, то пакет надо переслать наружу в интернет. Но ведь обратным адресом в пакете указан локальный адрес компьютера, который из интернета будет недоступен. Поэтому роутер «на лету» транслирует (подменяет) обратный IP-адрес пакета на свой внешний (видимый из интернета) IP-адрес и меняет номер порта (чтобы различать ответные пакеты, адресованные разным локальным компьютерам). Комбинацию, нужную для обратной подстановки, роутер сохраняет у себя во временной таблице. Через некоторое время после того, как клиент и сервер закончат обмениваться пакетами, роутер сотрет у себя в таблице запись о n-ом порте за сроком давности.

Пример [ править ]

Типы NAT [ править ]

Статический [ править ]

Один внутренний адрес преобразуется в один внешний, все запросы, приходящие на внешний адрес будут транслироваться на внутренний, как будто хост и является обладателем белого IP-адреса. Такой подход бывает полезным, когда внутри частной сети есть сервер, к которому необходим полный доступ извне. Минус подхода в том, что он никак не помогает сохранить белые адреса.

Динамический [ править ]

Есть пул белых адресов, например, провайдер выделил сеть 198.51.100.0/28 с 16-ю адресами. Два из них (первый и последний) — адрес сети и широковещательный, ещё два адреса назначаются на оборудование для обеспечения маршрутизации. Двенадцать оставшихся адресов можно использовать для NAT и выпускать через них своих пользователей.

Ситуация похожа на статический NAT — один приватный адрес транслируется на один внешний, — но теперь внешний не чётко зафиксирован, а будет выбираться динамически из заданного диапазона. Проблема подхода такая же, как и в случае со статическим NAT — не решается проблема ограниченности белых адресов.

Many-to-One [ править ]

Следующий тип имеет несколько названий: NAT Overload, Port Address Translation (PAT), IP Masquerading, Many-to-One NAT. Суть этого типа в том, что через один внешний адрес выходит наружу много приватных. Этот подход, в отличие от предыдущих, позволяет решить проблему с нехваткой внешних адресов.

Проблемы NAT [ править ]

Hole punching [ править ]

Hole punching — метод для прямого соединения двух хостов, которые находятся за NAT-ами. Для инициации соединения требуется третья сторона – сервер, который виден обоим компьютерам. Обычно используются публичные STUN-серверы.

STUN (сокр. от англ. Session Traversal Utilities for NAT, Утилиты прохождения сессий для NAT) — это сетевой протокол, который позволяет клиенту, находящемуся за сервером трансляции адресов (или за несколькими такими серверами), определить свой внешний IP-адрес, способ трансляции адреса и порта во внешней сети, связанный с определённым внутренним номером порта. Эта информация используется для установления соединения UDP между двумя хостами в случае, если они оба находятся за маршрутизатором NAT.

UDP hole punching [ править ]

Алгоритм установления UDP сессии между 2 хостами находящимися за NAT [ править ]

Если [math]A[/math] и [math]B[/math] находятся за одним и тем же NAT-ом, то они соединятся через приватные адреса, иначе через публичные. На картинке показан пример, когда [math]A[/math] и [math]B[/math] находятся за разными NAT-ами.

TCP hole punching [ править ]

Алгоритм установления TCP соединения между 2 хостами находящимися за NAT [ править ]

Источник

NAT (Network Address Translation) для новичков

Приветствую всех читателей данной статьи!

Данная статья будет полезна как новичкам в IT сфере, так и неопытным системным администраторам/ сетевым инженерам. Здесь затрагиваются понятия и принцип работы технологии NAT, ее значение в наше время, виды и создание с конфигурированием в программе-симуляторе Cisco Packet Tracer.

Введение

С задачей объединения устройств в единую сеть помогают различные компании, занимающиеся разработкой и внедрением сетевого оборудования.На сей момент на рынке сетевого оборудования доминируют компании Cisco Systems и Huawei. В данной статье будем вести работу с оборудованием Cisco.

В операционной системе IOS представлен специфичный интерфейс командой строки CLI (Command Line Interface). В этом интерфейсе возможно использовать некоторое количество команд. Количество зависит от выбранного режима и от уровня привилегий пользователя (пользовательский, привилегированный, глобальной конфигурации и специфической конфигурации).

Нехватка IP адресов. Технология NAT

В 80х годах ХХ века заложили основу IPv4, позволяющую создавать

4.3 млрд. адресов, но никто не предполагал, что этот запас так быстро иссякнет. С каждым годом появлялось все больше и больше пользователей и с 25 ноября 2019г. в России и в Европе официально закончились IP адреса. Лимит исчерпан.

Для решения этой проблемы было придумано несколько способов:
Первый способ заключается в усилении контроля за IP адресами.

Пусть существует некоторый сайт N с IPv4 xxx.xxx.xxx.xxx, и его хост решил прекратить его поддержание данного сайта. Сайт заброшен, а IP продолжает числиться как занятый и таких случаев может быть очень много. То бишь необходимо провести «инвентаризацию» IP адресов и изъять неиспользуемые/заброшенные.

Протокол IPv6 разработан как преемник протокола IPv4. Основные преимущества IPv6 над IPv4 заключаются в увеличенном адресном пространстве (IPv4 имел 32 бита, что равнялось 2 32 адресам, а IPv6 имел 128 бит, что равнялось 2 128 адресам), 6 версия протокола стала безопаснее (т.к. в v4 не предусматривались многие аспекты безопасности, ибо расчет был на сторонние ПО, а в v6 появились контрольные суммы и шифрование пакетов), однако это далеко не все преимущества IPv6 над IPv4.

Проблема, казалось бы, решена, однако перейти с протокола IPv4 на IPv6 вызывает трудности, потому что эти протоколы несовместимы. И изюминкой причины тяжелого перехода на 6 версию протокола является денежная стоимость. Многие кампании не готовы вложить достаточное кол-во средств для перехода, хоть и стоит отметить, что процесс перехода с 4 на 6 версию постепенно идет.

Cогласно документу RFC 1918, IANA зарезервировала 3 блока адресов для частных IP (серых) (рис 1), остальные же IP адреса носят название публичных адресов (белых).

рис.1

Маршрутизатор подменяет обратный IP-адрес пакета на свой внешний (видимый из интернета) IP-адрес и меняет номер порта (чтобы различать ответные пакеты, адресованные разным локальным компьютерам). Комбинацию, нужную для обратной подстановки, маршрутизатор сохраняет у себя во временной таблице. Через некоторое время после того, как клиент и сервер закончат обмениваться пакетами, маршрутизатор сотрет у себя в таблице запись об n-ом порте за сроком давности.

Существует множество типов технологии NAT, однако основными принято считать: Статический NAT (Static Network Address Translation), Динамический NAT (Dynamic Network Address Translation) и Перегруженный NAT (Network Address Translation Overload).

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

рис 2

Статический NAT используется чаще всего в корпоративных сетях, когда необходимо, чтобы какой-либо IP адрес всегда был доступен из глобальной сети. Зачастую статическим IP наделяют сервера и помещают их в DМZ (рис 2).

Подготовка компьютерной сети
Логическая схема топологии сети будет выглядеть как показано на изображении (рис 3)

рис 4

рис 5

Теперь нужно настроить непосредственно маршрутизатор. Технология sub-interface позволяет объединять несколько виртуальных интерфейсов в один и подключить их к физическому интерфейсу (на маршрутизаторе выбран физический интерфейс fa0/0). Необходимо дать для каждого VLAN’а свой под-интерфейс (показано красным на рис 5) и выдать им IP адрес (показано зеленым на рис 5).
Таким образом, в будущем мы будем NAT’ить трафик.

Дадим серверу статичный IP 192.168.3.2, а остальных оставим для динамического распределения адресов.

После настройки DHCP, нужно прописать на каждом саб-интерфейсе в R0 команду «ip helper-address 192.168.3.2», тем самым указывая, куда стоит обращаться для получения IP адреса.
После данной команды, устройства получат запрашиваемые IP адреса.

рис 6

Пингуем с рандомного ПК сам сервер (1 пинг) и шлюзы маршрутизатора (2- 3 пинг) (рис 6).

Дальше для удобства будем эмулировать подключение к провайдеру, путем создания в программе-симуляторе РС провайдера, сервера Serv2 с IP 213.234.60.2 (эмулирующий остальную сеть интернет) и роутера R3.

Настройка NAT

Ну и наконец-то мы дошли до самой настройки NAT.
Для внедрения NAT нужно определиться какие порты будут внешними(outside), а какие внутренними(inside).

рис 7

рис 8 рис 9

А теперь, на финал, внедрим NAT Overload на R0.

Для этого создадим ACL и пропишем там сети, которые должны «натиться» (показано синим на рис 9) и, показав что нужно «натить», активируем лист (показано красным на рис 9).

Таким образом, реализовав статическую и динамическую (типа PAT) настройку NAT, мы смогли защитить небольшую сеть от подключения извне.

Надеюсь вам понравилась данная статья.

Спасибо за ее чтение, всем хорошего настроения 🙂

Источник

Что такое NAT, как его настроить и использовать — NAT, PAT, Static NAT, Dynamic NAT

Сегодня затронем подробнее тему несколько болезненную и довольно непонятную, но более непонятную, чем болезненную.

В большей степени эта проблема касается тех, кто играет в многопользовательские игры и коротко эта проблема звучит примерно так: «ПОЧЕМУ КО МНЕ НИКТО НЕ ЗАХОДИТ?». Для других эта проблема выглядит несколько иначе, а именно:

Но, однако, нет никакого заговора, виновник всех этих бед находится рядом с вами и хитро подмигивает вам лампочками, а зовут его. роутер, да-да, тот самый, который раздает вам интернет на все ваши (и может быть соседские) девайсы.

Если коротко, то пользователи из интернета просто не могут к вам подключиться, потому что ваш роутер их не пускает, но он делает это не просто из прихоти, а потому, что не знает о том, что все эти люди хотят подключиться именно к вам. Вот он и думает, что они что-то хотят от него самого.

Общее определение

Тип первый, Static NAT

Static NAT не требуется для дома, а нужен в том случае, если провайдер выделил несколько IP адресов (внешние или «белые» адреса) вашей компании, и вам нужно, чтобы некоторые серверы всегда были видны из интернета, при этом их адреса бы не менялись.

Т.е. происходит преобразование адресов 1-1 (один внешний IP назначается одному внутреннему серверу). При такой настройке ваши серверы всегда будут доступны из интернета на любом порту.

Кстати говоря о портах, попробую несколько углубиться в эту тему, но не слишком сильно. Дело в том, что любой сервис, любая программа обращается к компьютеру, серверу, роутеру или сервису (будь то почта, веб-страничка или любой другой сервис) не только по IP адресу, но и по порту. Например, чтобы вам открыть страничку google.com со своего компьютера, вам надо ввести две вещи: IP адрес ( DNS имя) и.. порт.

Но постойте, возмутитесь вы, ведь никакого порта вы не вводите и все отлично открывается!

Так в чем же дело в статике?

Дело в том, что, нет, в DNS записи порт не прячется, как некоторые могли бы подумать, этот самый порт ваш браузер сам подставляет в адресную строку вместо вас. Вы можете легко это проверить. Введите в адресной строке google.com:80 и увидите, что страничка гугла открылась, но волшебные » :80 » внезапно исчезли.

Так вот, чтобы пользователям из интернета вас видеть и иметь возможность к вам подключаться, они должны знать две вещи: ваш IP адрес и ваш порт, на котором расположен ваш сервис.

При статическом NAT вам будет фиолетово какой порт использует сервер или программа, т.к. сервер становится полностью доступен из интернета. Чтобы уже ограничить используемые порты, настраивается на этом сервере межсетевой экран.

Схема работы статического NAT

Преимущества данного способа:

Тип второй, Dynamic NAT

Динамический NAT отличается от статического немногим. Он используется почти также, но с тем лишь исключением, что ваши сервера не видны из интернета, но самим серверам этот интернет нужен. Суть его в том, что вам также выдаются несколько внешних IP адресов от провайдера, после чего роутер сам распределяет адреса между «нуждающимися».

Т.е. как только сервер или компьютер захотел выйти в интернет, роутер смотрит на свой список внешних адресов, выданных провайдером, и выдает один адрес из этого списка, при этом помечает что вот он выдал такой-то внешний адрес такому-то серверу или компьютеру (таблица NAT ).

При этом срок жизни такой записи длится очень короткое время и как только сервер/компьютер перестал требовать доступ в интернет, этот адрес удаляется из таблицы NAT роутера.

Существенный недостаток в том, что количество серверов и компьютеров, которым требуется доступ в интернет, не должен сильно превышать кол-во выданных провайдером внешних адресов.

Недостаток и преимущества динамики

Ведь как только у роутера закончатся адреса в списке, он не сможет пустить новые компьютеры или серверы в интернет, пока не освободится хотя бы один внешний адрес.

Преимущества данного способа:

Тип третий, Port Address Translation (PAT), также известный как NAT Overload или NAT Masquerading

Еще немного про порты и другие нюансы

Многие программы (не только лишь все) имеют вшитые порты без возможности перенастройки, либо, к примеру, у вас есть два Веб-сервера на винде (так называемый IIS ), которые работают на 80 порту каждый и вам нужно дать доступ из интернета на оба сервера.

Итого, на роутере мы настраиваем порты таким образом:

Наглядная схемка ниже:

Теперь я постараюсь объяснить почему я написал именно эти порты.

Немного деталей про порты

Подытожив все это получаем, что удаленным пользователям всеравно какие у нас внутренние порты, они о них не знают и знать не могут. Эта информация нужна только нашему роутеру, чтобы он мог пересылать запросы туда, куда они и должны попадать.

Преимущества и недостатки третьего варианта

Теоретически, вы можете назначить одному IP адресу до 131072 (2 * 2^16) приложений. Почему я говорю «приложений», а не компьютеров/серверов?

Углубляться в это в рамках этой статьи я не буду, в этом нет необходимости.

Для любой программы есть хелп, в котором написано какие порты ей нужны для работы, если их нельзя сменить. Многие приложения позволяют вам самим назначить какие порты какого типа использовать, таким образом упрощая вашу задачу. Для остальных же есть такой замечательный ресурс, как portforward.com.

Послесловие

Получилось несколько сумбурно, да и тема довольно непростая, но надеюсь теперь при слове NAT вас не будет бросать в дрожь 🙂

Как и всегда, если есть какие-то вопросы, мысли, дополнения и всё такое прочее, то добро пожаловать в комментарии к этой записи.

PS : За существование статьи отдельное спасибо другу проекта и члену нашей команды под ником “barn4k“

Источник