2 32 или 4 294 967 296 IPv4 адресов это много? Кажется, что да. Однако с распространением персональных вычислений, мобильных устройств и быстрым ростом интернета вскоре стало очевидно, что 4,3 миллиарда адресов IPv4 будет недостаточно. Долгосрочным решением было IPv6 , но требовались более быстрое решение для устранения нехватки адресов. И этим решением стал NAT (Network Address Translation) .

Что такое NAT

Сети обычно проектируются с использованием частных IP адресов. Это адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16 . Эти частные адреса используются внутри организации или площадки, чтобы позволить устройствам общаться локально, и они не маршрутизируются в интернете. Чтобы позволить устройству с приватным IPv4-адресом обращаться к устройствам и ресурсам за пределами локальной сети, приватный адрес сначала должен быть переведен на общедоступный публичный адрес.

И вот как раз NAT переводит приватные адреса, в общедоступные. Это позволяет устройству с частным адресом IPv4 обращаться к ресурсам за пределами его частной сети. NAT в сочетании с частными адресами IPv4 оказался полезным методом сохранения общедоступных IPv4-адресов. Один общедоступный IPv4-адрес может быть использован сотнями, даже тысячами устройств, каждый из которых имеет частный IPv4-адрес. NAT имеет дополнительное преимущество, заключающееся в добавлении степени конфиденциальности и безопасности в сеть, поскольку он скрывает внутренние IPv4-адреса из внешних сетей.

Маршрутизаторы с поддержкой NAT могут быть настроены с одним или несколькими действительными общедоступными IPv4-адресами. Эти общедоступные адреса называются пулом NAT. Когда устройство из внутренней сети отправляет трафик из сети наружу, то маршрутизатор с поддержкой NAT переводит внутренний IPv4-адрес устройства на общедоступный адрес из пула NAT. Для внешних устройств весь трафик, входящий и выходящий из сети, выглядит имеющим общедоступный IPv4 адрес.

Маршрутизатор NAT обычно работает на границе Stub -сети. Stub-сеть – это тупиковая сеть, которая имеет одно соединение с соседней сетью, один вход и выход из сети.

Когда устройство внутри Stub-сети хочет связываться с устройством за пределами своей сети, пакет пересылается пограничному маршрутизатору, и он выполняет NAT-процесс, переводя внутренний частный адрес устройства на публичный, внешний, маршрутизируемый адрес.

Терминология NAT

В терминологии NAT внутренняя сеть представляет собой набор сетей, подлежащих переводу. Внешняя сеть относится ко всем другим сетям.

При использовании NAT, адреса IPv4 имеют разные обозначения, основанные на том, находятся ли они в частной сети или в общедоступной сети (в интернете), и является ли трафик входящим или исходящим.

NAT включает в себя четыре типа адресов:

• Внутренний локальный адрес (Inside local address) ;
• Внутренний глобальный адрес (Inside global address) ;
• Внешний местный адрес (Outside local address) ;
• Внешний глобальный адрес (Outside global address) ;

При определении того, какой тип адреса используется, важно помнить, что терминология NAT всегда применяется с точки зрения устройства с транслированным адресом:

• Внутренний адрес (Inside address) - адрес устройства, которое транслируется NAT;
• Внешний адрес (Outside address) - адрес устройства назначения;
• Локальный адрес (Local address) - это любой адрес, который отображается во внутренней части сети;
• Глобальный адрес (Global address) - это любой адрес, который отображается во внешней части сети;

Рассмотрим это на примере схемы.

На рисунке ПК имеет внутренний локальный (Inside local ) адрес 192.168.1.5 и с его точки зрения веб-сервер имеет внешний (outside ) адрес 208.141.17.4. Когда с ПК отправляются пакеты на глобальный адрес веб-сервера, внутренний локальный (Inside local ) адрес ПК транслируется в 208.141.16.5 (inside global ). Адрес внешнего устройства обычно не переводится, поскольку он является общедоступным адресом IPv4.

Стоит заметить, что ПК имеет разные локальные и глобальные адреса, тогда как веб-сервер имеет одинаковый публичный IP адрес. С его точки зрения трафик, исходящий из ПК поступает с внутреннего глобального адреса 208.141.16.5. Маршрутизатор с NAT является точкой демаркации между внутренней и внешней сетями и между локальными и глобальными адресами.

Термины, inside и outside , объединены с терминами local и global , чтобы ссылаться на конкретные адреса. На рисунке маршрутизатор настроен на предоставление NAT и имеет пул общедоступных адресов для назначения внутренним хостам.

На рисунке показано как трафик отправляется с внутреннего ПК на внешний веб-сервер, через маршрутизатор с поддержкой NAT, и высылается и переводится в обратную сторону.

Внутренний локальный адрес (Inside local address ) - адрес источника, видимый из внутренней сети. На рисунке адрес 192.168.1.5 присвоен ПК – это и есть его внутренний локальный адрес.

Внутренний глобальный адрес (Inside global address ) - адрес источника, видимый из внешней сети. На рисунке, когда трафик с ПК отправляется на веб-сервер по адресу 208.141.17.4, маршрутизатор переводит внутренний локальный адрес (Inside local address ) на внутренний глобальный адрес (Inside global address ). В этом случае роутер изменяет адрес источника IPv4 с 192.168.1.5 на 208.141.16.5.

Внешний глобальный адрес (Outside global address ) - адрес адресата, видимый из внешней сети. Это глобально маршрутизируемый IPv4-адрес, назначенный хосту в Интернете. На схеме веб-сервер доступен по адресу 208.141.17.4. Чаще всего внешние локальные и внешние глобальные адреса одинаковы.

Внешний локальный адрес (Outside local address ) - адрес получателя, видимый из внутренней сети. В этом примере ПК отправляет трафик на веб-сервер по адресу 208.141.17.4

Рассмотрим весь путь прохождения пакета. ПК с адресом 192.168.1.5 пытается установить связь с веб-сервером 208.141.17.4. Когда пакет прибывает в маршрутизатор с поддержкой NAT, он считывает IPv4 адрес назначения пакета, чтобы определить, соответствует ли пакет критериям, указанным для перевода. В этом пример исходный адрес соответствует критериям и переводится с 192.168.1.5 (Inside local address ) на 208.141.16.5. (Inside global address ). Роутер добавляет это сопоставление локального в глобальный адрес в таблицу NAT и отправляет пакет с переведенным адресом источника в пункт назначения. Веб-сервер отвечает пакетом, адресованным внутреннему глобальному адресу ПК (208.141.16.5). Роутер получает пакет с адресом назначения 208.141.16.5 и проверяет таблицу NAT, в которой находит запись для этого сопоставления. Он использует эту информацию и переводит обратно внутренний глобальный адрес (208.141.16.5) на внутренний локальный адрес (192.168.1.5), и пакет перенаправляется в сторону ПК.

Типы NAT

Существует три типа трансляции NAT:

• Статическая адресная трансляция (Static NAT) - сопоставление адресов один к одному между локальными и глобальными адресами;
• Динамическая адресная трансляция (Dynamic NAT) - сопоставление адресов “многие ко многим” между локальными и глобальными адресами;
• Port Address Translation (NAT) - многоадресное сопоставление адресов между локальными и глобальными адресами c использованием портов. Также этот метод известен как NAT Overload ;

Статический NAT использует сопоставление локальных и глобальных адресов один к одному. Эти сопоставления настраиваются администратором сети и остаются постоянными. Когда устройства отправляют трафик в Интернет, их внутренние локальные адреса переводятся в настроенные внутренние глобальные адреса. Для внешних сетей эти устройства имеют общедоступные IPv4-адреса. Статический NAT особенно полезен для веб-серверов или устройств, которые должны иметь согласованный адрес, доступный из Интернета, как например веб-сервер компании. Статический NAT требует наличия достаточного количества общедоступных адресов для удовлетворения общего количества одновременных сеансов пользователя.

Статическая NAT таблица выглядит так:

Динамический NAT использует пул публичных адресов и назначает их по принципу «первым пришел, первым обслужен». Когда внутреннее устройство запрашивает доступ к внешней сети, динамический NAT назначает доступный общедоступный IPv4-адрес из пула. Подобно статическому NAT, динамический NAT требует наличия достаточного количества общедоступных адресов для удовлетворения общего количества одновременных сеансов пользователя.

Динамическая NAT таблица выглядит так:

Port Address Translation (PAT)

PAT транслирует несколько частных адресов на один или несколько общедоступных адресов. Это то, что делают большинство домашних маршрутизаторов. Интернет-провайдер назначает один адрес маршрутизатору, но несколько членов семьи могут одновременно получать доступ к Интернету. Это наиболее распространенная форма NAT.

С помощью PAT несколько адресов могут быть сопоставлены с одним или несколькими адресами, поскольку каждый частный адрес также отслеживается номером порта. Когда устройство инициирует сеанс TCP/IP , оно генерирует значение порта источника TCP или UDP для уникальной идентификации сеанса. Когда NAT-маршрутизатор получает пакет от клиента, он использует номер своего исходного порта, чтобы однозначно идентифицировать конкретный перевод NAT. PAT гарантирует, что устройства используют разный номер порта TCP для каждого сеанса. Когда ответ возвращается с сервера, номер порта источника, который становится номером порта назначения в обратном пути, определяет, какое устройство маршрутизатор перенаправляет пакеты.

Картинка иллюстрирует процесс PAT. PAT добавляет уникальные номера портов источника во внутренний глобальный адрес, чтобы различать переводы.

Поскольку маршрутизатор обрабатывает каждый пакет, он использует номер порта (1331 и 1555, в этом примере), чтобы идентифицировать устройство, с которого выслан пакет.

Адрес источника (Source Address ) - это внутренний локальный адрес с добавленным номером порта, назначенным TCP/IP. Адрес назначения (Destination Address ) - это внешний локальный адрес с добавленным номером служебного порта. В этом примере порт службы 80: HTTP.

Для исходного адреса маршрутизатор переводит внутренний локальный адрес во внутренний глобальный адрес с добавленным номером порта. Адрес назначения не изменяется, но теперь он называется внешним глобальным IP-адресом. Когда веб-сервер отвечает, путь обратный.

В этом примере номера портов клиента 1331 и 1555 не изменялись на маршрутизаторе с NAT. Это не очень вероятный сценарий, потому что есть хорошая вероятность того, что эти номера портов уже были прикреплены к другим активным сеансам. PAT пытается сохранить исходный порт источника. Однако, если исходный порт источника уже используется, PAT назначает первый доступный номер порта, начиная с начала соответствующей группы портов 0-511, 512-1023 или 1024-65535 . Когда портов больше нет, и в пуле адресов имеется более одного внешнего адреса, PAT переходит на следующий адрес, чтобы попытаться выделить исходный порт источника. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет доступных портов или внешних IP-адресов.

То есть если другой хост может выбрать тот же номер порта 1444. Это приемлемо для внутреннего адреса, потому что хосты имеют уникальные частные IP-адреса. Однако на маршрутизаторе NAT номера портов должны быть изменены - в противном случае пакеты из двух разных хостов выйдут из него с тем же адресом источника. Поэтому PAT назначает следующий доступный порт (1445) на второй адрес хоста.

Подведем итоги в сравнении NAT и PAT. Как видно из таблиц, NAT переводит IPv4-адреса на основе 1:1 между частными адресами IPv4 и общедоступными IPv4-адресами. Однако PAT изменяет как сам адрес, так и номер порта. NAT перенаправляет входящие пакеты на их внутренний адрес, ориентируясь на входящий IP адрес источника, заданный хостом в общедоступной сети, а с PAT обычно имеется только один или очень мало публично открытых IPv4-адресов, и входящие пакеты перенаправляются, ориентируясь на NAT таблицу маршрутизатора.

А что относительно пакетов IPv4, содержащих данные, отличные от TCP или UDP? Эти пакеты не содержат номер порта уровня 4. PAT переводит наиболее распространенные протоколы, переносимые IPv4, которые не используют TCP или UDP в качестве протокола транспортного уровня. Наиболее распространенными из них являются ICMPv4. Каждый из этих типов протоколов по-разному обрабатывается PAT. Например, сообщения запроса ICMPv4, эхо-запросы и ответы включают идентификатор запроса Query ID . ICMPv4 использует Query ID. для идентификации эхо-запроса с соответствующим ответом. Идентификатор запроса увеличивается с каждым отправленным эхо-запросом. PAT использует идентификатор запроса вместо номера порта уровня 4.

Преимущества и недостатки NAT

NAT предоставляет множество преимуществ, в том числе:

• NAT сохраняет зарегистрированную схему адресации, разрешая приватизацию интрасетей. При PAT внутренние хосты могут совместно использовать один общедоступный IPv4-адрес для всех внешних коммуникаций. В этом типе конфигурации требуется очень мало внешних адресов для поддержки многих внутренних хостов;
• NAT повышает гибкость соединений с общедоступной сетью. Многочисленные пулы, пулы резервного копирования и пулы балансировки нагрузки могут быть реализованы для обеспечения надежных общедоступных сетевых подключений;

NAT обеспечивает согласованность для внутренних схем адресации сети. В сети, не использующей частные IPv4-адреса и NAT, изменение общей схемы адресов IPv4 требует переадресации всех хостов в существующей сети. Стоимость переадресации хостов может быть значительной. NAT позволяет существующей частной адресной схеме IPv4 оставаться, позволяя легко изменять новую схему общедоступной адресации. Это означает, что организация может менять провайдеров и не нужно менять ни одного из своих внутренних клиентов;

• NAT обеспечивает сетевую безопасность. Поскольку частные сети не рекламируют свои адреса или внутреннюю топологию, они остаются достаточно надежными при использовании в сочетании с NAT для получения контролируемого внешнего доступа. Однако нужно понимать, что NAT не заменяет фаерволы;

Но у NAT есть некоторые недостатки. Тот факт, что хосты в Интернете, по-видимому, напрямую взаимодействуют с устройством с поддержкой NAT, а не с фактическим хостом внутри частной сети, создает ряд проблем:

• Один из недостатков использования NAT связан с производительностью сети, особенно для протоколов реального времени, таких как VoIP . NAT увеличивает задержки переключения, потому что перевод каждого адреса IPv4 в заголовках пакетов требует времени;
• Другим недостатком использования NAT является то, что сквозная адресация теряется. Многие интернет-протоколы и приложения зависят от сквозной адресации от источника до места назначения. Некоторые приложения не работают с NAT. Приложения, которые используют физические адреса, а не квалифицированное доменное имя, не доходят до адресатов, которые транслируются через NAT-маршрутизатор. Иногда эту проблему можно избежать, реализуя статические сопоставления NAT;
• Также теряется сквозная трассировка IPv4. Сложнее трассировать пакеты, которые подвергаются многочисленным изменениям адресов пакетов в течение нескольких NAT-переходов, что затрудняет поиск и устранение неполадок;
• Использование NAT также затрудняет протоколы туннелирования, такие как IPsec, поскольку NAT изменяет значения в заголовках, которые мешают проверкам целостности, выполняемым IPsec и другими протоколами туннелирования;
• Службы, требующие инициирования TCP-соединений из внешней сети, или stateless протоколы, например, использующие UDP, могут быть нарушены. Если маршрутизатор NAT не настроен для поддержки таких протоколов, входящие пакеты не могут достичь своего адресата;

Полезна ли Вам эта статья?

Пожалуйста, расскажите почему?

Нам жаль, что статья не была полезна для вас:(Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

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.

В наших квартирах все больше и больше появляется разных цифровых устройств — ноутбуков, планшетов и смартфонов. Пока компьютер в квартире был один и подключен напрямую к сети провайдера — не возникало вопросов. А теперь, когда перед Вами встала проблема — как подключить теперь новый ноутбук или планшет к Интернету. Вот тут на помощь и приходит технология NAT . В чем суть технологии NAT?
NAT — Network Address Translation — в переводе на русский звучит примерно так: «преобразование сетевых адресов». NAT - это механизм в сетях TCP/IP, который позволяет преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов.
Если выражаться простым языком — то если есть несколько компьютеров в локальной сети, то благодаря технологии NAT все они могут выходить во внешнюю сеть Интернет используя при этом один внешний айпи адрес (IP ).

Что такое IP-адрес?

Маршрутизатор — роутер — работает на третьем уровне системы OSI, соответственно используется протокол IP — маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети. В соответствии с имеющимися правилами — всем устройствам в сети назначаются IP-адреса (Ай-Пи адреса ) — уникальные сетевые идентификаторы адреса узла. Используется 2 типа IP-адресов — серые и белые . Серые адреса — это часть адресного пространства, выделенная под локальную сеть — подсети IP-адресов 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 или 192.168.0.0/16 . Все остальные подсети используются в сети Интернет и являются белыми IP-адресами.

Как обеспечить общий доступ в Интернет для устройств в сети.

Для того, чтобы подключить к Интернет все устройства в локальной сети Вам понадобиться роутер . Роутер — это устройство, которое умеет подключаться через сеть провайдера к Интернет и раздавать его на подключенные устройства благодаря тому, что у него есть как минимум 4 LAN-порта и Wi-Fi модуль . Не путайте роутер с простым Ethernet-свитчем, который по сути является тупым «разветвителем» сети. Благодаря тому, что на роутере установлена операционная UNIX-подобная система, на устройстве можно поднимать различные сервисы, в том числе и сервис NAT . Для этого при настройке роутера ставиться галочка Enable NAT .

А дальше роутер на каждый запрос, который через него проходит, ставит определенную метку, содержащую данные о отправителе в локальной сети. Когда на этот запрос приходит ответ, роутер по метке определяет к какому IP-адресу в локальной сети отправить пакет. Вот собственно и весь принцип работы технологии NAT в двух словах .

Помимо SNAT, т.е. предоставления пользователям локальной сети с внутренними адресами доступа к сети Интернет , часто применяется также Destination NAT , когда обращения извне транслируются межсетевым экраном на сервер в локальной сети, имеющий внутренний адрес и потому недоступный из внешней сети непосредственно (без NAT ).

На рисунках ниже приведен пример действия механизма NAT .

Рис. 7.1.

Пользователь корпоративной сети отправляет запрос в Интернет , который поступает на внутренний интерфейс маршрутизатора, сервер доступа или межсетевого экрана (устройство NAT ).

Устройство NAT получает пакет и делает запись в таблице отслеживания соединений, которая управляет преобразованием адресов.

Затем подменяет адрес источника пакета собственным внешним общедоступным IP-адресом и посылает пакет по месту назначения в Интернет .

Узел назначения получает пакет и передает ответ обратно устройству NAT .

Устройство NAT , в свою очередь , получив этот пакет, отыскивает отправителя исходного пакета в таблице отслеживания соединений, заменяет IP- адрес назначения на соответствующий частный IP- адрес и передает пакет на исходный компьютер . Поскольку устройство NAT посылает пакеты от имени всех внутренних компьютеров, оно изменяет исходный сетевой порт и данная информация хранится в таблице отслеживания соединений.

Существует 3 базовых концепции трансляции адресов:

• статическая (SAT, Static Network Address Translation),
• динамическая (DAT, Dynamic Address Translation),
• маскарадная (NAPT, NAT Overload, PAT).

Статический NAT отображает локальные IP-адреса на конкретные публичные адреса на основании один к одному. Применяется, когда локальный хост должен быть доступен извне с использованием фиксированных адресов.

Динамический NAT отображает набор частных адресов на некое множество публичных IP-адресов. Если число локальных хостов не превышает число имеющихся публичных адресов, каждому локальному адресу будет гарантироваться соответствие публичного адреса. В противном случае, число хостов, которые могут одновременно получить доступ во внешние сети, будет ограничено количеством публичных адресов.

Маскарадный NAT (NAPT, NAT Overload , PAT , маскарадинг) – форма динамического NAT , который отображает несколько частных адресов в единственный публичный IP- адрес , используя различные порты. Известен также как PAT ( Port Address Translation ).

Механизмов взаимодействия внутренней локальной сети с внешней общедоступной сетью может быть несколько – это зависит от конкретной задачи по обеспечению доступа во внешнюю сеть и обратно и прописывается определенными правилами. Определены 4 типа трансляции сетевых адресов:

• Full Cone (Полный конус)
• Restricted Cone (Ограниченный конус)
• Port Restricted Cone (Порт ограниченного конуса)
• Symmetric (Симметричный)

В первых трех типах NAT для взаимодействия разных IP-адресов внешней сети с адресами из локальной сети используется один и тот же внешний порт . Четвертый тип – симметричный – для каждого адреса и порта использует отдельный внешний порт .

Full Cone , внешний порт устройства (маршрутизатора, сервера доступа, межсетевого экрана) открыт для приходящих с любых адресов запросов. Если пользователю из Интернета нужно отправить пакет клиенту, расположенному за NAT ’ом, то ему необходимо знать только внешний порт устройства, через который установлено соединение. Например, компьютер за NAT ’ом с IP-адресом 192.168.0.4 посылает и получает пакеты через порт 8000, которые отображаются на внешний IP- адрес и порт , как 10.1.1.1:12345. Пакеты из внешней сети приходят на устройство с IP-адресом:портом 10.1.1.1:12345 и далее отправляются на клиентский компьютер 192.168.0.4:8000.

Во входящих пакетах проверяется только транспортный протокол; адрес и порт назначения, адрес и порт источника значения не имеют.

При использовании NAT , работающему по типу Restricted Cone , внешний порт устройства (маршрутизатора, сервера доступа, межсетевого экрана) открыт для любого пакета, посланного с клиентского компьютера, в нашем примере: 192.168.0.4:8000. А пакет, пришедший из внешней сети (например, от компьютера 172.16.0.5:4000) на устройство с адресом:портом 10.1.1.1:12345, будет отправлен на компьютер 192.168.0.4:8000 только в том случае, если 192.168.0.4:8000 предварительно посылал запрос на IP- адрес внешнего хоста (в нашем случае – на компьютер 172.16.0.5:4000). То есть, маршрутизатор будет транслировать входящие пакеты только с определенного адреса источника (в нашем случае компьютер 172.16.0.5:4000), но номер порта источника при этом может быть любым. В противном случае, NAT блокирует пакеты, пришедшие с хостов, на которые 192.168.0.4:8000 не отправлял запроса.

Механизм NAT Port Restricted Cone почти аналогичен механизму NAT Restricted Cone. Только в данном случае NAT блокирует все пакеты, пришедшие с хостов, на которые клиентский компьютер 192.168.0.4:8000 не отправлял запроса по какому-либо IP-адресу и порту. Mаршрутизатор обращает внимание на соответствие номера порта источника и не обращает внимания на адрес источника. В нашем примере маршрутизатор будет транслировать входящие пакеты с любым адресом источника, но порт источника при этом должен быть 4000. Если клиент отправил запросы во внешнюю сеть к нескольким IP-адресам и портам, то они смогут посылать пакеты клиенту на IP- адрес : порт 10.1.1.1:12345.

Symmetric NAT существенно отличается от первых трех механизмов способом отображения внутреннего IP-адреса:порта на внешний адрес : порт . Это отображение зависит от IP-адреса:порта компьютера, которому предназначен посланный запрос . Например, если клиентский компьютер 192.168.0.4:8000 посылает запрос компьютеру №1 (172.16.0.5:4000), то он может быть отображен как 10.1.1.1:12345, в тоже время, если он посылает с того же самого порта (192.168.0.4:8000) на другой IP- адрес , он отображается по-другому (10.1.1.1:12346).

Однако следует упомянуть и о недостатках данной технологии:

1. Не все протоколы могут "преодолеть" NAT. Некоторые не в состоянии работать, если на пути между взаимодействующими хостами есть трансляция адресов. Опеределенные межсетевые экраны, осуществляющие трансляцию IP-адресов, могут исправить этот недостаток, соответствующим образом заменяя IP-адреса не только в заголовках IP, но и на более высоких уровнях (например, в командах протокола FTP).
2. Из-за трансляции адресов "много в один" появляются дополнительные сложности с идентификацией пользователей и необходимость хранить полные логи трансляций.
3. Атака DoS со стороны узла, осуществляющего NAT – если NAT используется для подключения многих пользователей к одному и тому же сервису, это может вызвать иллюзию DoS-атаки на сервис (множество успешных и неуспешных попыток). Например, избыточное количество пользователей ICQ за NAT приводит к проблеме с подключением к серверу некоторых пользователей из-за превышения допустимой скорости подключений.

Давно не новость, что сетевых адресов IP для всех устройств, желающих находиться в Интернете, не достаточно. В настоящее время выход из этой ситуации нашли, разработав протокол IPv6, в котором длина адреса составляет 128 бит, в то время как нынешний IPv4 всего 32 бита. Но в начале 2000-х годов нашли другое решение – использовать преобразование сетевых адресов, сокращенно nat. Дальше в статье будет произвена настройка nat в роутере.

Вход в меню настроек роутера

В качестве примера возьмем роутер фирмы ZyXEL серии ZyWALL USG и NXC5200.

Первым делом заходим в настройки роутера. Для этого в любом веб браузере в адресной строке набираем 192.168.1.1. (стандартный адрес роутера), появится окно с требованием ввести логин и пароль.

В поле «Имя пользователя» вводим admin, в поле «Пароль» вводим 1234. Нажимаем «ОК».

Настройка nat в роутере

В открывшемся окне меню переходим во вкладку «Configuration» (значек с двумя шестиренками), далее «Network», далее «Routing». В выбранном окне переходим на закладку «Policy Routing».

Меню настроек роутера ZyXEL

В данном меню настраивается политика маршрутизации. В области «Criteria» настраиваем критерии для выборки трафика – какой трафик необходимо транслировать (собственно настроить nat), а какой просто маршрутизировать. Трафик можно быть выбран по нескольким критериям:

1. Пользователь (User);
2. По интерфейсу (Incoming);
3. По IP-адресу источника (Source Address);
4. По IP-адресу получателя (Destination Address);
5. По порту назначения (Service).

В области «Next-Hop» назначаем объект для перенаправления трафика:

Выбор объекта перенаправления роутера ZyXEL

Где «Auto» – трафик будет перенаправляться в глобальный интерфейс, назначенного по умолчанию; Gateway – на адрес указанного в настройках шлюза; VPN Tunnel – IPSec виртуальный частный туннель; Trunk – маршрут на «транк», где «транк» – это несколько интерфейсов, настроенных на работу вместе либо в режим резервирования; Interface – перенаправление на указанный интерфейс:

Важно не забывать при любом внесении изменений в настройки роутера нажимать кнопку «OK», чтобы сохранить настройки, а не просто закрывать веб браузер.

Настройка nat на компьютере

Как известно, в качестве роутера может служить и сам персональный компьютер. Зачастую бывает ситуация, когда имеется компьютерная сеть из нескольких компьютеров, один из которых имеет выход в Интернет. В данной ситуации можно вообще не покупать маршрутизаторов, а настроить компьютер с выходом в Интернет в качестве роутера и настроить nat уже на нем. Рассмотрим такой случай подробнее.

Обязательно на главном компьютере, который смотрит в Интернет (назовем его SERVER) было установлено 2 сетевые карты – первая для подключения в локальную сеть, вторая к провайдеру. В примере будет использоваться операционная система Windows Server 2012.

Для настройки первым делом запускаем «Диспетчер сервера» (Пуск -> Администрирование –> Диспетчер сервера). Появится окно настройки:

Отсюда мы будем управлять нашим сервером. Для продолжения настройки нажмите «Добавить роли и компоненты», в результате чего откроется окно мастера добавления ролей. Первый шаг – Тип установки:

В следующем окне нам необходимо выбрать роль, которую мы устанавливаем на сервер. Ставим галку напротив «Удалённый доступ».

Появится следующее окно, в котором отображается список необходимых для работы компонентов. Нажимаем «Добавить компоненты», данное окно исчезнет. Жмем «Далее».

В следующем окне мастер предлагает добавить компоненты сервера. Ничего менять не надо, жмем «Далее».

На следующей странице мастер просто информирует нас о работе роли «Удаленный доступ». Жмем «Далее».

На следующем шаге необходимо выбрать «Службы ролей». Ставим галочку напротив «Маршрутизация», жмём «Далее».

Следующее окно снова информационное, ничего выбирать не надо, но можно поставить галочку напротив «Автоматический перезапуск на выбранном сервере…», в результате чего сервер после установки будет автоматически перезагружен. Но можно это сделать и вручную. Жмем «Далее».

И последний шаг – непосредственная установка сервера. После окончания нажимаем кнопку «Закрыть».

Установка сервера

Итак, мы настроили компьютер, который подключен к интернету, в режим сервера. Теперь необходимо на нем настроить nat.

Переходим в Пуск / Администрирование / Маршрутизация и удалённый доступ. В появившемся окне в левой части находим пункт «SERVER (локально)», кликнем по нему правой кнопкой мыши и в выпавшем меню жмем «Настроить и включить маршрутизацию и удалённый доступ».

Появится мастер настройки сервера маршрутизации и удалённого доступа, в котором и настроим nat.

На первой странице нас кратко знакомят с мастером – жмем «Далее». На следующем шаге необходимо выбрать одну из служб, которые будут запускаться на данном сервере. Выбираем «преобразование сетевых адресов (NAT)», жмем «Далее».

Дальше мастер попросит выбрать сетевое соединение, которое смотрит в Интернет. В списке будут присутствовать обе сетевые карты (как минимум, в зависимости, сколько их установлено на сервере). Выбираем ту, к которой подключен сетевой кабель провайдера. Жмем «Далее».

В следующем окне мастер начнет ругаться, что ему не удается обнаружить в локальной сети службы DHCP или DNS. Предлагается два варианта продолжения – включить базовые службы, либо установить службы позднее.

Выбираем первый пункт, жмем «Далее». На следующей странице нас проинформирую, в каком диапазоне будет работать nat. Мастер настройки этот диапазон выбирает автоматически, исходя из конфигурации сетевого подключения, подключенного в локальную сеть. Жмем «Далее».

Диапазон nat

Все, мастер настройки завершает настройку nat. Жмем «Далее», и в следующем окне «Готово».

Осталось последнее – настроить клиентские компьютеры, то есть все остальные компьютера локальной сети. Для этого в компьютере клиента (так необходимо будет сделать на каждом компьютере сети) переходим в Пуск / Панель управления / Центр управления сетями и общим доступом / изменение параметров адаптера. Заходим в «Сетевые подключения». Кликаем по значку правой кнопкой мыши и в выпавшем меню выбираем «Свойства». В появившимся окне выбираем «Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv4)», жмем «Свойства».

В после «Основной шлюз» пишем IP-адрес компьютера сервера (который настраивали на прошлом шаге), в поле «Предпочитаемый DNS-сервер» пишем IP-адрес DNS сервера провайдера, указанного в сведениях подключения к интернету на сервере. Жмем «OK», и еще раз «OK». Все, клиентский компьютер подключен к Интернет.