NAT - настройка преобразования сетевых адресов. Принцип работы роутера (маршрутизатора)

NAT (Network Address Translation — преобразование сетевых адресов) представляет собой стандарт IETF (Internet Engineering Task Force — рабочая группа разработки технологий Интернета), с помощью которого несколько компьютеров частной сети (с частными адресами из таких диапазонов, как 10.0.x.x, 192.168.x.x, 172.x.x.x) могут совместно пользоваться одним адресом IPv4, обеспечивающим выход в глобальную сеть. Основная причина растущей популярности NAT связана со все более обостряющимся дефицитом адресов протокола IPv4. Также многие шлюзы Интернета активно используют NAT, особенно для подключения к широкополосным сетям, например, через DSL или кабельные модемы.

Установка NAT

Для того чтобы выступать в роли маршрутизатора, на сервере должно быть 2 сетевых интерфейса. Интернет и сама сеть, которую необходимо пускать в Интернет. У меня сетевые подключения называются LAN_1 (Internet) и LAN_2 (локальная сеть).

Сразу скажу, что служба Брандмауэр Windows/Общий доступ к Интернету (ICS) должна быть отключена.

Итак, приступим к установке:

Настройка NAT

Итак, сетевые интерфейсы мы установили, теперь настроим их.

Первым делом давайте настроим Внешний интерфейс (LAN_1) :

192.168.0.2 - IP-адрес пользователя, который будет выходить в сеть через наш сервер

10.7.40.154 - внешний IP-адрес сервера

Выходя в Интернет по такой технологии вы будете иметь IP-адрес 10.7.40.154. Есть различные пути настройки, можно каждой машине отдельно резервировать адреса. В резервации можно указывать не один диапазон адресов или не указывать вовсе, тогда любой IP в локальной сети сможет сидеть в Интернете через сервер.

Настраиваем клиентскую машину

Заходим в Свойства локальной сетевой карты, далее Свойства TCP/IP . Прописываем IP клиента, маску, в Основной шлюз (Default gateway) прописываем IP адрес сервера. В полях DNS необходимо прописать IP адреса DNS провайдера или IP адреса установленного локального DNS сервера.

Всё! На этом установка и настройка завершена.

Доброго времени суток, дорогие читатели! Ну, что давайте про 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:

Почему не качает торрент?
Почему пользователи/друзья/знакомые/неизвестные личности не могут подключиться к FTP, WEB, VOIP (TS, Mamble , ведро) и прочим серверам, которые вы так долго пытались настроить и даже проверяли что у вас все работает?
Почему ваш личный домашний сервер пустует? Может это вселенский заговор?

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.

Да, только что я вам обрисовал для чего нужен NAT . А теперь о том, что это такое.

Общее определение

NAT (Network Address Translation) - это такой механизм, который позволяет роутеру определять какие сервисы находятся за роутером и должны быть доступны из интернета, чтобы пользователи оттуда могли этими сервисами пользоваться (определение из вики я брать не стал, т.к. оно заумное и не всем понятное).

NAT присутствует во всех роутерах и серверных операционках в том или ином виде. В роутерах это обычно называется port forwarding , в линуксах iptables , на виндовых серверах - в специальной оснастке. А теперь давайте поговорим о различных типах NAT .

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.

Например, провайдер выдал вам четыре IP адреса 87.123.41.11, 87.123.41.12, 87.123.41.13, 87.123.41.14 , а у вас есть три сервера и роутер. Вы назначаете роутеру, например, первый адрес из этого диапазона (87.123.41.11 ), а остальные делите между серверами (сервер 1 - .12, сервер 2 - .13, сервер 3 - .14 ).

Чтобы пользователи из интернета могли подключаться на эти серверы, им достаточно будет ввести внешние IP адреса серверов. Например, когда пользователь подключается на адрес 87.123.41.12 , то роутер перенаправляет его на сервер 1 и пользователь уже общается с сервером, хотя не знает что реальный адрес сервера на самом деле другой (192.168.1.2 ). Такая запись в NAT таблице роутера будет храниться всегда.

Преимущества данного способа:

реальные адреса серверов будут скрыты;
Ваши серверы всегда будут видны в интернете.

Недостатки :

Злоумышленники могут на них попытаться пробиться или осуществлять какие-нибудь атаки;
Требуется несколько внешних адресов, что может быть затратно.

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.

В данном примере провайдер выдал нам всего два внешних адреса: 87.123.41.11 и 87.123.41.12 . В этом случае мы IP 87.123.41.11 назначаем роутеру, а оставшийся адрес будет автоматически отдаваться тому серверу, который первым попросит доступ в интернет (в данном примере это был сервер 2), остальные серверы будут ждать, когда первый закончит и этот IP адрес освободится.

Преимущества данного способа:

Всякие злоумышленники не смогут определить по каким адресам доступны ваши серверы, т.к. их адреса будут все время меняться;
Не нужно вручную назначать IP адреса, роутер сам распределит.

Недостатки :

Требуется несколько внешних адресов;
Кол-во хостов в вашей сети не должно быть сильно больше, чем выданных провайдером IP адресов.

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

Это именно то, что актуально для обычного рядового пользователя. Суть данного метода в том, что вам провайдер выдает только один внешний адрес (например 87.123.41.12 ), при этом вы каждому компьютеру или серверу назначаете какой-нибудь порт .

Например, нам нужно, чтобы пользователи из интернета могли подключаться к торрент-клиенту на ПК 1 и 2 , к серверу Teamspeak на сервере 1, серверу FTP на сервере 2, веб-сайту на сервере 3 (по протоколу http и https), плюс ко всему на ПК 1 и 2 нужен будет удаленный доступ. Теперь затронем немного тему внутренних и внешних портов (да, такое тоже есть).

Внутренний порт - это порт, который использует программа на том компьютере или сервере, на котором находится. Внешний порт - это порт, который вы хотите открыть на роутере, чтобы на него подключались пользователи. Часто внутренний и внешний порты совпадают, но далеко не всегда.

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.

Здесь вы откроете на роутере одному серверу порт 80 , а оставшемуся вам придется выбрать другой порт (например 8080 ).

Итого, на роутере мы настраиваем порты таким образом:

Имя	Приложение	Внутренний IP	Внутренний порт	Внешний IP	Внешний порт
Сервер 1	Teamspeak	192.168.1.2	9987*	87.123.41.12	9987
Сервер 2	FTP сервер	192.168.1.3	21*	87.123.41.12	21000
Сервер 3	Веб-сервер	192.168.1.4	80*	87.123.41.12	80
Сервер 3	Веб-сервер	192.168.1.4	443*	87.123.41.12	444
ПК 1	uTorrent	192.168.1.10	26000	87.123.41.12	26000
ПК 2	Bit-Torrent	192.168.1.20	26100	87.123.41.12	26100
ПК 2	Game Server	192.168.1.20	27015*	87.123.41.12	27015
ПК 1	RDP	192.168.1.10	3389**	87.123.41.12	33891
ПК 2	RDP	192.168.1.20	3389**	87.123.41.12	33892

Где * - стандартный порт, который использует программа (т.е. вы ее установили и ничего не настраивали);

** - стандартный порт, который использует сервис и который нельзя сменить.

Теперь я постараюсь объяснить почему я написал именно эти порты.

Немного деталей про порты

Для сервера Teamspeak (TS) я порт не менял, т.к. такой сервер у нас один и пользователям не придется вообще вводить его порт. Они просто вбивают у себя адрес 87.123.41.12 и попадают на наш сервер TS , удобно и практично;
Для FTP сервера я порт поменял, т.к., строго говоря, FTP -сервер не должен быть доступен по стандартному порту, на него могут лазить недобросовестные люди. А так вы говорите тем, кому надо, чтобы подключались на 87.123.41.12:21000 и они попадут на ваш FTP -сервер;
Для Веб-сервера я http порт не менял опять же из-за удобства, чтобы пользователям не надо было вводить адрес вместе с портом в адресной строке. Они просто вводят 87.123.41.12 и подключаются на ваш Веб-сервер. Порт HTTPS же я поменял для наглядности. Пользователям, чтобы попасть на ваш Веб-сервер по защищенному каналу, придется вводить в адресной строке адрес 87.123.41.12:444 ;
С торрентами в общем-то все просто, какой порт настроен в самой программе, такой и настраивается на роутере;
Порт игрового сервера, где в качестве примера я взял обычный стимовский игровой сервер (Dedicated Server), я также не менял, а оставил стандартный;
А вот с RDP ситуация интересная. Дело в том, что на каждом компьютере служба RDP работает по порту 3389 и это никак не поменять без своего RDP сервера (такие тоже бывают). Поэтому, чтобы иметь возможность подключаться на ПК 1 и 2 я задал на роутере порты 33891 и соотв. 33892 , ибо так проще помнить где какой используется. Таким образом, введя в RDP клиенте адрес 87.123.41.12:33891 мы попадем на ПК 1, а введя 87.123.41.12:33892 мы соотв. попадем на ПК 2 .

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?

Потому что один комп или сервер, как вы уже заметили выше, может использовать несколько различных приложений (при этом одно приложение может использовать несколько портов), при этом каждый порт может быть двух типов: TCP и UDP .

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 .

Преимущество такого метода в том, что вы открываете доступ из интернета именно для определенной программы на определенном компьютере/сервере, все остальные порты компьютера/сервера остаются закрытыми;
Недостаток в том, что требуется все порты открывать вручную (иногда программы делают это за вас при помощи технологии UPnP , но такое бывает не всегда).

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“

Это абсолютно разные технологии. Не путайте их.

Что такое NAT

NAT - собирательный термин, обозначает технологию трансляции сетевых адресов и/или протоколов. NAT устройства производят над проходящими пакетами преобразования с заменой адресов, портов, протоколов и пр.

Существуют более узкие понятие SNAT, DNAT, маскарадинг, PAT, NAT-PT и т.д.

зачем нужен NAT, как его используют

Для вывода в интернет внутренней сети

через пул внешних адресов
через один внешний адрес

Для подмены внешнего ip адреса другим (перенаправление трафика)

Для балансировки нагрузки между одинаковыми серверами с разными ip адресами.

Для объединения двух локальных сетей с пересекающейся внутренней адресацией.

как устроен NAT

s+d NAT (branch merging - evil!)

port-mapping, прокидывание портов

Преимущества и недостатки

Несовместим с некоторыми протоколами. Конкретная реализация NAT должна поддерживать инспекцию требуемого протокола.

NAT обладает свойством "экранировать" внутреннюю сеть от внешнего мира, но его нельзя использовать вместо межсетевого экрана.

Настройка на Cisco IOS

Маршрутизаторы и межсетевые экраны Cisco поддерживают различные типы NAT, в зависимости от набора опций ПО. Наиболее используемым является метод NAT с привязкой внутренних локальных адресов в различные порты одного внешнего адреса (PAT в терминологии Cisco).

Для настройки NAT на маршрутизаторе требуется: o Определить трафик, который необходимо транслировать (при помощи access-list’ов или route-map);

Ip access-list extended LOCAL permit ip 10.0.0.0 0.255.255.255 any

Route-map INT1 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/1.1

Аксесс-лист LOCAL выбирает весь трафик из 10 сети.

Роут-мап INT1 выбирает трафик аксесс-листа LOCAL, выходящий через сабинтерфейс Fa 0/1.1

o Определить на какие внешние адреса проводить трансляцию. Выбрать пул внешних адресов. Для PAT достаточно одного адреса.

Ip nat pool GLOBAL 212.192.64.74 212.192.64.74 netmask 255.255.255.0

Задание пула внешних адресов с именем GLOBAL. В пуле всего один адрес.

o Включить NAT для выбранных внутренних и внешних адресов.

Ip nat inside source route-map INT1 pool GLOBAL overload

Включение NAT для трансляции адресов источника на внутреннем интерфейсе. Будет транслироваться только трафик попадающий под условия роут-мапа INT1. Внешний адрес будет браться из пула GLOBAL.

Ip nat inside source static tcp 10.0.0.1 23 212.192.64.74 23 extend

Статическое «прокидывание порта» или «публикация сервиса». В трафике идущем внутрь на адрес 212.192.64.74 на порт tcp 23 будет заменен адресат на адрес 10.0.0.1 и порт 23.

o Назначить внутренние и внешние интерфейсы.

Interface FastEthernet0/0 ip nat inside interface FastEthernet0/1.1 ip nat outside

Интерфейс Fa 0/0 назначен внутренним для NAT.

Сабинтерфейс Fa 0/1.1 назначен внешним для NAT.

O Отладка и диагностика:

Sh ip nat translations - просмотр таблицы текущих трансляций; clear ip nat translations - удалить все текущие трансляции; debug ip nat – включение отладочных сообщений (undebug all – выключение отладки).

Примеры

Приведем несколько демонстрационных примеров для эмулятора cisco Packet Tracer.

Простая схема вывода небольшой сети в интернет через пул внешних адресов

Простая схема вывода сети в интернет через один внешний адрес

Схема объединения сетей с пересекающейся адресацией

Порядок работы NAT

Порядок применения правил NAT различается у различных производителей и на различном оборудовании. Приведем порядок применения политик NAT для маршрутизаторов на cisco IOS:

Inside-to-Outside

If IPSec then check input access list decryption - for CET (Cisco Encryption Technology) or IPSec check input access list check input rate limits input accounting redirect to web cache policy routing routing NAT inside to outside (local to global translation) crypto (check map and mark for encryption) check output access list inspect (Context-based Access Control (CBAC)) TCP intercept encryption Queueing

Outside-to-Inside

If IPSec then check input access list decryption - for CET or IPSec check input access list check input rate limits input accounting redirect to web cache NAT outside to inside (global to local translation) policy routing routing crypto (check map and mark for encryption) check output access list inspect CBAC TCP intercept encryption Queueing

Интернет-канал от одного провайдера через NAT

Простая схема реализации NAT с одним провайдером

Резервирование интернет-канала от двух провайдеров при помощи NAT, ip sla

Дано: мы получаем для нескольких компьютеров интернет от провайдера ISP1. Он выделили нам адрес 212.192.88.150. Выход в интернет организован с этого ip адреса через NAT.

Задача: подключить резервного провайдера - ISP2. Он выделит нам адрес 212.192.90.150. Организовать балансировку трафика: web-трафик пускать через ISP1, прочий трафик - через ISP2. В случае отказа одного из провайдеров - пускать весь трафик по живому каналу.

В чем сложность задачи? clear ip nat translations?

Схема

Конфиг

1 clear ip nat translations *

Найден, оттестирован такой кусок EEM. Не на всех версиях IOS генерируется событие.. Надо уточнить.

! event manager applet NAT-TRACK event syslog pattern "TRACKING-5-STATE" action 0.1 cli command "enable" action 0.2 wait 3 action 0.3 cli command "clear ip nat translation *" action 0.4 syslog msg "NAT translation cleared after track state change" !

2 При падении интерфейса на провайдера, велики шансы, что его шлюз будет пинговаться через второго

! username ИМЯ password 0 ПАРОЛЬ enable secret 0 ПАРОЛЬКОНФИГА! ! контроль входа на маршрутизатор line vty 0 4 login local ! ! ДХЦП ip dhcp pool LAN network ВнутрСеть Маска default-router Шлюз dns-server 10.11.12.13 ! DNS - фиктивный придумали - НЕ из нашей локальной сети! ! ! Монитор пинга на адрес шлюза провайдера-1 ! Ждать ответа 100 мс! Пинговать с частотой 1 секунда ip sla monitor 1 type echo protocol ipIcmpEcho ШлюзПров1 source-interface ИнтерфейсНаПров1 timeout 100 frequency 1 ! ! Монитор пинга на провайдера-2 ip sla monitor 2 type echo protocol ipIcmpEcho ШлюзПров2 source-interface ИнтерфейсНаПров2 timeout 50 frequency 1 ! ! Запуск пинговалок 1 и 2, сейчас и навсегда ip sla monitor schedule 1 life forever start-time now ip sla monitor schedule 2 life forever start-time now ! ! Трэки 10 и 20 - отслеживание состояния пинговалок! Реагирует на состояние Down или Up с задержкой 1 сек. track 10 rtr 1 reachability delay down 1 up 1 ! track 20 rtr 2 reachability delay down 1 up 1 ! ! ! Маршруты на все внешние сети на обоих провайдеров! Маршруты привязаны к трэкам! и будут активироваться только если трэк в состоянии Up ! т.е. если шлюз на соответствующего провайдера доступен ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 ШлюзПров1 track 10 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 ШлюзПров2 track 20 ! ! ! int fa 0/0 no shut ! ! Саб-интерфейсы в сторону внешних провайдеров! помечаются как outside для NAT interface FastEthernet0/0.1 description ISP1 encaps dot1q НомерВланПров1 ip address ipНаПров1 Маска ip nat outside ! interface FastEthernet0/0.2 description ISP2 encapsulation dot1Q НомерВланПров2 ip address ipНаПров2 Маска ip nat outside ! ! Интерфейс на внутр сеть! помечается как inside для NAT ! Привязывается политика маршрутизации PBR interface FastEthernet0/1 ip address ipНаВнутрСеть маска ip nat inside ip policy route-map PBR no shut ! ! Аксесс-листы из внутр сети наружу! На веб-трафик и на все остальное ip access-list extended LOCAL permit ip внутрСеть any ! ip access-list extended WEB permit tcp внутрСеть any eq www permit tcp внутрСеть any eq 443 ! ip access-list extended ALL permit ip any any ! ! ! хитрый рут-мап PBR ! Если трафик из локалки на Веб! то назначить ему шлюзом первого провайдера! Иначе, прочему трафику из локалки! назначить шлюзом второго провайдера. ! При назначении шлюза проверяются Трэки route-map PBR permit 10 match ip address WEB set ip next-hop verify-availability ШлюзПров1 1 track 10 ! route-map PBR permit 20 match ip address ALL set ip next-hop verify-availability ШлюзПров2 1 track 20 ! ! ! хитрый рут-мап ISP1 ! срабатывает если трафик из локалки! пытается выйти через интерфейс Fa0/0.1 route-map ISP1 permit 10 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/0.1 ! ! хитрый рут-мап ISP2 ! срабатывает если трафик из локалки! пытается выйти через интерфейс Fa0/0.2 route-map ISP2 permit 10 match ip address LOCAL match interface FastEthernet0/0.2 ! ! ! Наконец, NAT ;-) ! ! Трафик из локалки в первого провайдера Натить через первый интерфейс ip nat inside source route-map ISP1 interface FastEthernet0/0.1 overload ! ! Трафик из локалки во второго провайдера Натить через второй интерфейс ip nat inside source route-map ISP2 interface FastEthernet0/0.2 overload ! ! Трафик на фиктивный ДНС переНатить на Гугл-ДНС ip nat outside source static 8.8.8.8 10.11.12.13 no-alias ! ! проброс внутреннего порта 3389 на внешний порт 1111 ip nat inside source static tcp внутрХост 3389 внешip 1111 extendable ip nat inside source static tcp внутрХост 3389 внешip 1111 extendable ! !

Разное

CGN (carrier grade nat) с особым пулом приватных адресов

NAT как ALG (application layer gateway), (plain text protocols e.g. SIP)

NAT или трансляция сетевых адресов является способом переназначения одного адресного пространства в другой путем изменения информации сетевых адресов в Internet Protocol или IP. Заголовки пакетов меняются в то время, когда они находятся в пути через устройства маршрутизации. Данный метод использовался первоначально для более простого перенаправления трафика в сетях IP без необходимости нумерации каждого хоста. Он стал важным и популярным инструментом для распределения и сохранения глобального адресного пространства в условиях острого недостатка адресов IPv4.

Что такое NAT?

Использование трансляции сетевых адресов заключается в отображении каждого адреса из одного адресного пространства к адресу, который находится в другом адресном пространстве. Это может понадобиться в том случае, если изменился провайдер услуг, а у пользователя нет возможности публично объявить новый маршрут к сети. Технология NAT в условиях глобального истощения адресного пространства с конца 90-х годов используется все чаще. Обычно данная технология используется в сочетании с IP-шифрованием. IP-шифрование представляет собой метод перехода нескольких IP адресов в одно пространство. Данный механизм реализован в устройстве маршрутизации, использующем таблицы перевода с сохранением состояния для отображения в один IP адрес скрытых адресов. Также он перенаправляет на выходе все исходящие пакеты IP. Таким образом, данные пакеты отображаются выходящими из устройства маршрутизации. Ответы в обратном канале связи отображаются в исходном IP адресе при помощи правил, которые хранятся в таблицах перевода. В свою очередь таблицы перевода очищаются по истечении короткого времени, если трафик не обновит свое состояние. Вот в чем заключается основной механизм NAT. Что же это означает? Данная технология позволяет организовывать связь через маршрутизатор только в том случае, когда соединение происходит в зашифрованной сети, так как это создает таблицы перевода. Внутри такой сети веб-браузер может просматривать сайт за ее пределами, однако будучи установленным вне ее, он не может открыть ресурс, который в ней размещен. Большинство устройств NAT сегодня позволяют сетевому администратору конфигурировать записи таблицы перевода для постоянного применения. Данная функция особенно часто упоминается как перенаправление портов или статическая NAT. Она дает возможность трафику, исходящему во «внешнюю» сеть, достичь назначенных хостов в зашифрованной сети. Из-за того, что метод, используемый с целью сохранения адресного пространства IPv4 пользуется популярностью, термин NAT практически стал синонимом метода шифрования. Так как трансляция сетевых адресов меняет информацию об адресе IP-пакетов, это может иметь серьезные последствия для качества подключения. Так что она требует пристального внимания ко всем деталям реализации. Способы использования NAT друг от друга отличаются в своем конкретном поведении в различных ситуациях, которые касаются влияния на сетевой трафик.

Базовая NAT

Простейший тип NAT позволяет обеспечить трансляцию IP-адресов «один-к-одному». Основным типом данной трансляции является RFC-2663. В данном случае меняются только IP-адреса, а также контрольная сумма заголовков IP. Можно использовать основные типы трансляции для соединения двух сетейIP, имеющих несовместимую адресацию.

Большая часть разновидностей NAT способна сопоставить несколько частных хостов к одному IP-адресу, который публично обозначен. Локальная сеть в типичной конфигурации использует один из назначенных «частных» IP-адресов подсети. В этой сети маршрутизатор имеет частный адрес в пространстве. Также маршрутизатор подключается к интернету при помощи «публичного адреса», который присваивается провайдером интернета. Поскольку трафик проходит из локальной сети Интернет, то адрес источника в каждом пакете переводится из частного в публичный на лету. Также маршрутизатор отслеживает основные данные о каждом активном соединении. В частности, это касается такой информации, как адрес и порт назначения. Когда ответ возвращается к нему, он использует данные соединения, которые сохраняются во время выездного этапа. Это необходимо для того, чтобы определить частный адрес внутренней сети, к которому нужно направить ответ. Основным преимуществом такого функционала является то, что он является практическим решением проблемы исчерпания адресного пространства IPv4. С помощью одного IP-адреса к интернету могут быть подключены даже крупные сети. Все дейтаграммы пакетов в IP сетях имеют два IP адреса – это исходный адрес и адрес пункта назначения. Пакеты, проходящие из частной сети к сети общего пользования, будут иметь адрес источника пакетов, который изменяется во время перехода от публичной сети к частной. Также возможны и более сложные конфигурации.

Особенности настройки NAT

Настройка NAT может иметь определенные особенности. Чтобы избежать трудностей, связанных с переводом возвращенных пакетов, могут потребоваться их дальнейшие модификации. Большая часть интернет-трафика будет идти через протоколы UDP иTCP. Их номера изменяются таким образом, что адреса IP и номера порта при обратной отправке данных начинает сопоставляться. Протоколы, которые не основаны на UDP или TCP, требуют других методов перевода. Как правило, ICMP или протокол управления сообщения в сети интернет, соотносит передаваемую информацию с имеющимся соединением. Это значит, что они должны отображаться с использованием того же адреса IP и номера, который был установлен изначально. Что же необходимо учитывать? Настройка NAT в роутере не предоставляет ему возможности соединения «из конца в конец». По этой причине такие маршрутизаторы не могут участвовать в некоторых интернет-протоколах. Услуги, требующие инициации соединений TCP от внешней сети или пользователей без протоколов, могут быть просто недоступны. Если NAT маршрутизатор не делает особых усилий для поддержки таких протоколов, то входящие пакеты могут так и не достичь места назначения. Некоторые протоколы могут быть размещены в одной трансляции между участвующими хостами иногда при помощи шлюза прикладного уровня. Однако соединение не будет установлено, когда обе системы при помощи NAT отделены от сети Интернет. Также использование NAT усложняет туннельные протоколы, типа IPsec, так как она меняет значения в заголовках, которые взаимодействуют с проверками целостности запросов.

NAT: существующая проблема

Основным принципом интернета является соединение «из конца в конец». Оно существует с момента его разработки. Текущее состояние сети только доказывает, что NAT является нарушением данного принципа. В профессиональной среде имеется серьезная озабоченность, связанная с повсеместным использованием в IPv6 трансляции сетевых адресов. Таким образом, сегодня поднимается вопрос о том, как можно устранить эту проблему. Из-за того, что таблицы, сохраняющие состояние трансляции в маршрутизаторах NAT по своей природе не вечны, устройства внутренней сети утрачивают соединение IP в течение очень короткого временного периода. Нельзя забывать об этом обстоятельстве говоря о том, что собой представляет NAT в роутере. Это значительно сокращает время работы компактных устройств, которые работают на аккумуляторах и батарейках.

Масштабируемость

При использовании NAT также отслеживаются только те порты, которые могут быть быстро истощены внутренними приложениями, которые используют несколько одновременных соединений. Это могут быть HTTP запросы для страниц с большим количеством встроенных объектов. Смягчить данную проблему можно путем отслеживания IP адреса в назначениях в дополнение к порту. Один локальный порт таким образом может быть разделен большим количеством удаленных хостов.

NAT: некоторые сложности

Так как все внутренние адреса оказываются замаскированными под один общедоступный, для внешних хостов невозможно инициировать подключение к определенному внутреннему узлу без настройки специальной конфигурации на брандмауэре. Данная конфигурация должна перенаправлять подключения к определенному порту. Приложения для IP-телефонии, видеоконференций и подобные сервисы для своего нормального функционирования должны использовать методы обхода NAT. Порт перевода Raptи обратный адрес позволяет хосту, у которого IP адрес меняется время от времени, оставаться доступным в качестве сервера при помощи фиксированного IP адреса домашней сети. Это в принципе должно позволить настройке серверов сохранять соединение. Несмотря на то, что такое решение проблемы является не идеальным, это может стать еще одним полезным инструментом в арсенале сетевого администратора при решении задач, связанных с настройкой на роутере NAT.

PAT или Port Address Translation

Port Address Translation является реализацией Cisco Rapt, которая отображает несколько частных IP адресов в виде одного публичного. Таким образом, несколько адресов могут быть отображены как адрес, потому что каждый из них отслеживается при помощи номера порта. PAT использует уникальные номера портов источника на внутреннем глобальном IP, чтобы различать направление передачи данных. Данными номерами являются целые 16-разрядные числа. Общее число внутренних адресов, которые могут быть переведены на один внешний адрес, теоретически может достигать 65536. В реальности же количество портов, на которые может быть назначен единый адрес IP, составляет примерно 4000. PAT, как правило, пытается сохранить исходный порт «оригинала». В том случае, если он уже используется Port Address Translation назначает первый доступный номер порта, начиная с начала соответствующей группы. Когда доступных портов не остается и есть более одного внешнего IP адреса, PAT переходит к следующему для выделения исходного порта. Данный процесс будет продолжаться до тех пор, пока доступные данные не закончатся. Служба Cisco отображает адрес и порт. Она сочетает в себе адрес порта перевода и данные туннелирования пакетов IPv4 по внутренней сети IPv6. По сути это альтернативный вариант Carrier Grade NAT и DS-Lite, который поддерживает IP трансляции портов и адресов. Это позволяет избежать проблем, связанных с установкой и поддержанием соединения. Также это позволяет обеспечить механизм перехода для развертывания IPv6.

Методы перевода

Известно несколько основных способов реализации перевода сетевого адреса и порта. В определенных прикладных протоколах требуется определить внешний адрес NAT, используемый на другом конце соединения. Также часто необходимо изучить и классифицировать тип передачи. Как правило, это делается потому, что желательно между двумя клиентами, находящимися за отдельными NAT, создать прямой канал связи. Для этой цели был разработан специальный протокол RFC 3489, который обеспечивает простой обход UPD через NATS. Он на сегодняшний день уже считается устаревшим, так как в наши дни такие методы считаются недостаточными для правильной оценки работы устройств. В 2008 году был разработан протокол RFC 5389, в котором были стандартизованы новые методы. Данная спецификация сегодня называется Session Traversal. Она представляет собой специальную утилиту, предназначенную для работы NAT.

Создание двусторонней связи

Каждый пакет UDP и TCP содержит IP адрес источника и его номер порта, а также координаты конечного порта. Номер порта имеет очень важное значение для получения таких общедоступных услуг, как функционал почтовых серверов. Так, например, порт 25 подключается к SMTP почтового сервера, а порт 80 подключается к программному обеспечению веб-сервера. Существенное значение имеет также и IP адрес общедоступного сервера. Данные параметры должны быть достоверно известны тем узлам, которые намерены установить соединение. Частные IP адреса имеют значение только в локальных сетях.

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.