Технология преобразования сетевых адресов, механизмы PAT и NAT. NAT - настройка преобразования сетевых адресов

Ладно, забудем на время эту лирику.
Вообще говоря, списки доступа бывают разными:

Стандартные
- Расширенные
- Динамические
- Рефлексивные
- Повременные

Мы своё внимание остановим сегодня на первых двух, а более подробно обо всех вы можете прочитать у циски .

Входящий и исходящий трафик

Для почину давайте-ка разберёмся с одной вещью. Что понимать под входящим и исходящим трафиком? Это нам в будущем понадобится. Входящий трафик - этот тот, который приходит на интерфейс извне.

Исходящий - тот, который отправляется с интерфейса вовне.

Список доступа вы можете применить либо на входящий трафик, тогда неугодные пакеты не будут даже попадать на маршрутизатор и соответственно, дальше в сеть, либо на исходящий, тогда пакеты приходят на маршрутизатор, обрабатываются им, доходят до целевого интерфейса и только на нём дропятся.

Стандартный список доступа проверяет только адрес отправителя. Расширенный- адрес отправителя, адрес получателя, а также порт. Стандартные ACL рекомендуется ставить как можно ближе к получателю (чтобы не порезать больше, чем нужно), а расширенные- ближе к отправителю (чтобы как можно раньше дропнуть нежелательный трафик).

Практика

Давайте сразу к практике. Что бы нам такого наограничивать в нашей маленькой сети “Лифт ми Ап”?

А) WEB-сервер. Разрешить доступ всем по порту TCP 80 (протокол HTTP). Для того устройства, с которого будет производиться управление (у нас же есть админ) нужно открыть telnet и ftp, но ему мы дадим полный доступ. Всем остальным отбой.

Б) Файловый сервер. На него у нас должны попадать резиденты Лифт ми Ап по портам для общих папок, а все остальные по FTP.

В) Почтовый сервер. Тут у нас запущены SMTP и POP3, то есть порты TCP 25 и 110. Так же для админа открываем доступ на управление. Других блокируем.

Г) Для будущего DNS-сервера нужно открыть порт UDP 53

Д) В сеть серверов разрешить ICMP-сообщения

Е) Поскольку сеть Other у нас для всех беспартийных, кто не вошёл в ФЭО, ПТО и Бухгалтерию, то мы их всех ограничим, а некоторым только дадим доступ (в числе них мы и админ)

ё) В сеть управления нужно пускать опять же только админа, ну и конечно себя любимого.

Ж) Не будем строить препоны общению между собой сотрудников отделов.

а) Доступ на WEB-сервер

Тут у нас работает политика запрещено всё, что не разрешено. Поэтому нам сейчас надо кое-что открыть, а всё остальное закрыть.
Поскольку мы защищаем сеть серверов, то и лист будем вешать на интерфейс, идущий в сторону них то есть, на FE0/0.3 Вопрос только на in или на out нам нужно это делать? Если мы не хотим пускать пакеты в сторону серверов, которые уже оказались на маршрутизаторе, то это будет исходящий трафик. То есть адреса назначения (destination) у нас будут в сети серверов (из них мы будем выбирать на какой именно сервер идёт трафик), а адреса источников (source) могут быть любыми - как из нашей корпоративной сети, так и из интернета.
Ещё одно замечание: поскольку фильтровать мы будем в том числе по адресу назначения (на WEB-сервер одни правила, на почтовый - другие), то список контроля доступа нам понадобится расширенный (extended), только он позволяет делать это.

Правила в списке доступа проверяются по порядку сверху вниз до первого совпадения. Как только одно из правил сработало, независимо от того permit это или deny, проверка прекращается и обработка трафика происходит на основе сработавшего правила.
То есть если мы хотим защитить WEB-сервер, то в первую очередь нам нужно дать разрешение, потому что, если мы в первой же строке настроим deny ip any any - то оно всегда будет срабатывать и трафик не будет ходить вообще. Any - это специальное слово, которое означает адрес сети и обратную маску 0.0.0.0 0.0.0.0 и означает, что под правило подпадают абсолютно все узлы из любых сетей. Другое специальное слово - host - оно означает маску 255.255.255.255 - то есть именно один единственный указанный адрес.
Итак, первое правило: разрешить доступ всем по порту 80

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# remark WEB
any host 172.16.0.2 eq 80

Разрешаем (permit ) TCP-трафик от любого узла (any ) на хост (host - именно один адрес) 172.16.0.2, адресованный на 80-й порт.
Пробуем повесить этот список доступа на интерфейс FE0/0.3:

msk-arbat-gw1(config-subif)# ip access-group Servers-out out

Проверяем с любого из наших подключенных компьютеров:

Как видите страничка открывается, но что там у нас с пингом?

И так с любого другого узла?

Дело в том, что после всех правил в цисковских ACL в конце дописывается неявное deny ip any any (implicit deny). Что для нас это означает? Любой пакет, выходящий с интерфейса и не отвечающий ни одному правилу из ACL, подпадает под implicit deny и отбрасывается. То есть хоть пинг, хоть фтп, хоть что угодно здесь уже не пройдёт.

Идём дальше: надо дать полный доступ компьютеру, с которого будет производиться управление. Это будет компьютер нашего админа с адресом 172.16.6.66 из сети Other.
Каждое новое правило добавляется автоматически в конец списка, если он уже существует:

msk-arbat-gw1(config)#
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit tcp host 172.16.6.66 host 172.16.0.2 range 20 ftp
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit tcp host 172.16.6.66 host 172.16.0.2 eq telnet

Вот и всё. Проверяем с нужного узла (поскольку серверами в РТ не поддерживается телнет, проверяем на FTP):

То есть FTP-сообщение пришло на маршрутизатор и должно уйти с интерфейса FE0/0.3. Маршрутизатор проверяет и видит, что пакет подходит под добавленное нами правило и пропускает его.

А с постороннего узла

Пакет FTP не попадает ни под одно из правил, кроме неявного deny ip any any и отбрасывается.

б)Доступ на файловый сервер

Тут бы надо в первую очередь определиться с тем, кто будет “резидентом”, кому нужно дать доступ. Конечно, это те, кто имеет адрес из сети 172.16.0.0/16 - только им и дадим доступ.
Теперь с общими папками. В большинстве современных систем уже используется для этого протокол SMB, которому нужен порт TCP 445. На более старых версиях использовался NetBios, который кормился аж через три порта: UDP 137 и 138 и TCP 139. Договорившись с нашим админом, настроим 445 порт (правда проверить в рамках РТ, конечно, не получится). Но кроме этого, нам понадобятся порты для FTP - 20, 21, причём не только для внутренних хостов, но и для соединений из интернета:

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended Servers-out
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit tcp 172.16.0.0 0.0.255.255 host 172.16.0.3 eq 445
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit tcp any host 172.16.0.3 range 20 21

Тут мы повторно применили конструкцию range 20 21 - для того, чтобы в одной строке задать несколько портов. Для FTP, вообще говоря, недостаточно только 21-го порта. Дело в том, что если вы откроете только его, то авторизация у вас будет проходить, а передача файлов нет.

0.0.255.255 - обратная маска (wildcard mask). О том, что это такое, поговорим чуточку позже

в) Доступ на почтовый сервер

Продолжаем нарабатывать практику - теперь с почтовым сервером. В рамках того же списка доступа добавляем новые нужные нам записи.
Вместо номеров портов для широкораспространённых протоколов можно указывать их имена:

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended Servers-out
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)#permit tcp any host 172.16.0.4 eq pop3
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)#permit tcp any host 172.16.0.4 eq smtp

г) DNS-сервер

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended Servers-out
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit udp 172.16.0.0 0.0.255.255 host 172.16.0.5 eq 53

д) ICMP

Осталось исправить ситуацию с пингом. Ничего страшного нет в том, чтобы добавить правила в конец списка, но как-то эстетически приятнее будет увидеть их вначале.
Используем несложный чит для этого. Для это можно воспользоваться текстовым редактором, например. Скопируйте туда из show run кусок про ACL и добавьте следующие строки:
no ip access-list extended Servers-out
ip access-list extended Servers-out
permit icmp any any
remark WEB

remark FILE

remark MAIL

remark DNS

Первой строкой мы удаляем существующий список, далее создаём его заново и перечисляем все новые правила в нужном нам порядке. Командой в третьей строке мы разрешили проход всех ICMP-пакетов от любых хостов на любые хосты.

Далее просто копируем всё скопом и вставляем в консоль. Интерфейс интерпретирует каждую строку как отдельную команду и выполняет её. Таким образом, мы заменили старый список новым.
Проверяем, что пинг есть:

Прекрасно.

Данный “чит” хорош для первоначальной конфигурации или если вы точно понимаете, что делаете. На рабочей сети, когда вы настраиваете удалённо ACL, вы рискуете остаться без доступа на настраиваемую железку.

Чтобы вставить правило в начало или в любое другое нужное место, вы можете прибегнуть к такому приёму:
ip access-list extended Servers-out
1 permit icmp any any

Каждое правило в списке пронумеровано с определённым шагом и если перед словом permit/deny вы поставите число, то правило будет добавлено не в конец, а в нужное вам место. К сожалению, такая фича не работает в РТ.
Если будет вдруг необходимо (заняты все подряд идущие числа между правилами) вы всегда можете перенумеровать правила (в этом примере назначается номер первого правила 10(первое число) и инкремент 10):
ip access-list resequence Servers-out 10 10

В итоге Access List на серверную сеть будет выглядеть так:
ip access-list extended Servers-out
permit icmp any any
remark WEB
permit tcp any host 172.16.0.2 eq www
permit tcp host 172.16.6.66 host 172.16.0.2 range 20 ftp
permit tcp host 172.16.6.66 host 172.16.0.2 eq telnet
remark FILE
permit tcp 172.16.0.0 0.0.255.255 host 172.16.0.3 eq 445
permit tcp any host 172.16.0.3 range 20 21
remark MAIL
permit tcp any host 172.16.0.4 eq pop3
permit tcp any host 172.16.0.4 eq smtp
remark DNS
permit udp 172.16.0.0 0.0.255.255 host 172.16.0.5 eq 53

Сейчас наш админ имеет доступ только на WEB-сервер. Откройте ему полный доступ на всю сеть. Это первое домашнее задание.

е) Права пользователей из сети Other

До сих пор нам нужно было не впускать кого-то куда-то, поэтому мы обращали внимание на адрес назначения и список доступа вешали на исходящий с интерфейса трафик.

Теперь нам нужно не выпускать : никакие запросы от компьютеров из сети Other не должны выходить за пределы. Ну, конечно, кроме тех, которые мы специально разрешим.

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended Other-in

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.6.61 any

Тут мы не могли сначала запретить всем, а потом разрешить избранным, потому что абсолютно все пакеты попадали бы под правило deny ip any any и permit не срабатывал бы вообще.
Применяем на интерфейс. На этот раз на вход:

msk-arbat-gw1(config)#int fa0/0.104
msk-arbat-gw1(config-subif)#ip access-group Other-in in

то есть все IP-пакеты от хоста с адресом 172.16.6.61 или 172.16.6.66 разрешено передавать куда бы они ни были предназначены. Почему мы тут используем тоже расширенный список доступа? Ведь, казалось бы, мы проверяем только адрес отправителя. Потому что админу мы дали полный доступ, а вот гостю компании “Лифт ми Ап”, например, который попадёт в эту же сеть совсем ни к чему доступ куда-либо, кроме как в Интернет.

ё) Сеть управления

Ничего сложного. Правило будет выглядеть так:

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended Management-out
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# remark IAM
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.6.61 172.16.1.0 0.0.0.255
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# remark ADMIN
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.6.66 172.16.1.0 0.0.0.255

Данный ACL применяем на out на интерфейс FE 0/0.2:

msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.2
msk-arbat-gw1(config-subif)#ip access-group Management-out out

ж) Более никаких ограничений

Готово

Маска и обратная маска

До сих пор мы без объяснения давали странный параметр вида 0.0.255.255, подозрительно напоминающий маску подсети.
Немного сложная для понимания, но именно она - обратная маска - используется для определения хостов, которые подпадут под правило.
Чтобы понять что такое обратная маска, вы должны знать, что такое обычная.

Начнём с самого простого примера.

Обычная сеть на 256 адресов: 172.16.5.0/24, например. Что означает эта запись?
А означает она ровно следующее

IP-адрес. Десятичная запись	172	16	5	0
IP-адрес. Двоичная запись	10101100	00010000	00000101	00000000
	11111111	11111111	11111111	00000000
	255	255	255	0

IP-адрес - это параметр длиною 32 бита, поделенный на 4 части, который вы привыкли видеть в десятичной форме.
Маска подсети также имеет длину 32 бита - она фактически шаблон, трафарет, по которому определяется принадлежность адреса подсети. Там, где в маске стоят единицы, значение меняться не может, то есть часть 172.16.5 совершенно неизменна и она будет одинакова для всех хостов этой подсети, а вот та, где нули - варьируется.
То есть во взятом нами примере 172.16.5.0/24 - это адрес сети, а хосты будут 172.16.5.1-172.16.5.254 (последний 255 - широковещательный), потому что 00000001 - это 1, а 11111110 - 254 (речь о последнем октете адреса). /24 означает, что длина маски 24 бита, то есть у нас идёт 24 единицы - неизменная часть и 8 нулей.
Другой случай, когда маска у нас, например, 30 бит, а не 24.
К примеру 172.16.2.4/30. Распишем это так:

IP-адрес. Десятичная запись	172	16	2	4
IP-адрес. Двоичная запись	10101100	00010000	00000010	00000100
Маска подсети. Двоичная запись	11111111	11111111	11111111	11111100
Маска подсети. Десятичная запись	255	255	255	252

Как видите, для этой подсети могут меняться только последние два бита. Последний октет может принимать следующие 4 значения:
00000100 - адрес подсети (4 в десятичной системе)
00000101 - адрес узла (5)
00000110 - адрес узла (6)
00000111 - широковещательный (7)
Всё, что за пределами этого - уже другая подсеть

То есть теперь вам должно быть чуть-чуть понятно, что маска подсети - это последовательность 32-х бит, где сначала идут единицы, означающие адрес подсети, потом идут нули, означающие адрес хоста. При этом чередоваться нули и единицы в маске не могут чередоваться. То есть маска 11111111.11100000.11110111.00000000 невозможна

А что же такое обратная маска (wildcard)?
Для подавляющего большинства админов и некоторых инженеров - это не более, чем инверсия обычной маски. То есть нули вначале задают адрес части, которая должна совпадать обязательно, а единицы наоборот свободную часть.
То есть на взятом нами первом примере, если вы хотите отфильтровать все хосты из подсети 172.16.5.0/24, то вы зададите правило в Access-листе:
…. 172.16.5.0 0.0.0.255
Потому что обратная маска будет выглядеть так:

00000000.00000000.00000000.11111111

Во втором примере с сетью 172.16.2.4/30 обратная маска будет выглядеть так: 30 нулей и две единицы:

Обратная маска. Двоичная запись	00000000	00000000	00000000	00000011
Обратная маска. Десятичная запись	0	0	0	3

Соответственно параметр в access-листе будет выглядеть так:
…. 172.16.2.4 0.0.0.3
Позже, когда вы съедите собаку на просчётах масок и обратных масок, вы запомните самые употребляемые цифры, количество хостов в той или иной маске, поймёте, что в описанных ситуациях последний октет обратной маски получается вычитанием из 255 цифры последнего октета обычной маски (255-252=3) и т.д. А пока нужно много трудиться и считать)

Но на самом деле обратная маска - это несколько более богатый инструмент, здесь вы можете объединять адреса внутри одной подсети или даже объединять подсети, но самое главное отличие, вы можете чередовать нули и единицы. Это позволяет вам, например, отфильтровать определённый узел (или группу) в нескольких подсетях одной строкой.

Пример 1

Дано: сеть 172.16.16.0/24
Надо: отфильтровать первые 64 адреса (172.16.16.0-172.16.16.63)
Решение: 172.16.16.0 0.0.0.63

Пример 2

Дано: сети 172.16.16.0/24 и 172.16.17.0/24
Надо: отфильтровать адреса из обеих сетей
Решение: 172.16.16.0 0.0.1.255

Пример 3

Дано: Сети 172.16.0.0-172.16.255.0
Надо: отфильтровать хост с адресом 4 из всех подсетей
Решение: 172.16.16.0 0.0.255.4

Работа ACL в картинках

Гипотетическая сеть:

1) На маршрутизаторе RT1 на интерфейсе FE0/1 на вход у нас разрешено всё, кроме ICMP.

2) На маршрутизаторе RT2 на интерфейсе FE0/1 на выход запрещены SSH и TELNET

Тесты
кликабельны
1) Пинг с компьютера ПК1 на Сервер1

2) TELNET с компьютера ПК1 на Сервер1

3) SSH с компьютера ПК1 на Сервер2

4) Пинг с Сервера2 на ПК1

Дополнения

1) Правила, действующие на исходящий трафик (out) не будут фильтровать трафик самого устройства. То есть, если нужно запретить самой циске доступ куда-либо, то вам придётся на этом интерфейсе фильтровать входящий трафик (ответный оттуда, куда надо запретить доступ).

2) C ACL надо быть аккуратнее. При небольшой ошибке в правиле, неправильном порядке настройки или вообще плохо продуманном списке вы можете остаться без доступа к устройству.
Например, вы хотите закрыть доступ куда угодно для сети 172.16.6.0/24, кроме своего адреса 172.16.6.61 и задаёте правила так:

deny ip 172.16.6.0 0.0.0.255 any
permit ip host 172.16.6.61 any

Как только вы примените ACL на интерфейс, вы сразу потеряете доступ к маршрутизатору, потому что вы попадаете под первое правило и второе даже не проверяется.
Вторая неприятная ситуация, которая может с вами приключиться: под ACL попадёт трафик, который не должен был попасть.
Вообразите такую ситуацию: у нас в серверной есть FTP-сервер в пассивном режиме. Для доступа к нему вы открыли 21-й порт в ACL Servers-out . После первичного установления соединения FTP-сервер сообщает клиенту порт, по которому он готов передавать/принимать файлы, например, 1523-й. Клиент пытается установить TCP-соединение на этот порт, но натыкается на ACL Servers-out, где такого разрешения нету - так и кончается сказка про успешный трансфер. В нашем примере выше, где мы настраивали доступ на файловый сервер, мы открыли доступ только по 20 и 21-му, потому что для примера этого достаточно. В реальной жизни придётся повозиться. Немного примеров конфигурации ACL для распространенных случаев.

3) Из 2-го пункта вытекает очень похожая и интересная проблема.
Вздумалось вам, например повесить на интерфейс в интернет такие вот ACL:

access-list out permit tcp host 1.1.1.1 host 2.2.2.2 eq 80
access-list in permit tcp host 2.2.2.2 any eq 80

Казалось бы: хосту с адресом 1.1.1.1 разрешён доступ по 80-му порту на сервер 2.2.2.2 (первое правило). И обратно от сервера 2.2.2.2 разрешены соединения внутрь.
Но нюанс тут в том, что компьютер 1.1.1.1 устанавливает соединение НА 80-й порт, но С какого-то другого, например, 1054, то есть ответный пакет от сервера приходит на сокет 1.1.1.1:1054, не подпадает под правило в ACL на IN и отбрасывается ввиду неявного deny ip any any.
Чтобы избежать такой ситуации, и не открывать всем пучком порты, можно прибегнуть к такой хитрости в ACL на in:

permit tcp host 2.2.2.2 any established.

Подробности такого решения в одной из следующих статей.

4) Говоря про современный мир, нельзя обойти такой инструмент, как объектные группы (Object-group).

Допустим, надо составить ACL, выпускающий три определенных адреса в интернет по трем одинаковым портам c перспективой расширения количества адресов и портов. Как это выглядит без знания объектных групп:

ip access-list extended TO-INTERNET
permit tcp host 172.16.6.66 any eq 80
permit tcp host 172.16.6.66 any eq 8080
permit tcp host 172.16.6.66 any eq 443
Permit tcp host 172.16.6.67 any eq 80
permit tcp host 172.16.6.67 any eq 8080
permit tcp host 172.16.6.67 any eq 443
Permit tcp host 172.16.6.68 any eq 80
permit tcp host 172.16.6.68 any eq 8080
permit tcp host 172.16.6.68 any eq 443

При увеличении количества параметров сопровождать такой ACL становится всё труднее и труднее, легко ошибиться при настройке.
Зато, если обратиться к объектным группам, то это приобретает следующий вид:

object-group service INET-PORTS
description Ports allowed for some hosts
tcp eq www
tcp eq 8080
tcp eq 443
Object-group network HOSTS-TO-INET
description Hosts allowed to browse the net
host 172.16.6.66
host 172.16.6.67
host 172.16.6.68
Ip access-list extended INET-OUT
permit object-group INET-PORTS object-group HOSTS-TO-INET any

на первый взгляд несколько угрожающе выглядит, но если разобраться, то это очень удобно.

4) Очень полезную для траблшутинга информацию можно получить из вывода команды show ip access-lists %имя ACL% . Кроме собственно списка правил указанного ACL, эта команда показывает количество совпадений по каждому правилу.

msk-arbat-gw1#sh ip access-lists nat-inet
Extended IP access list nat-inet

(4 match(es))

А дописав в конце любого правила log , мы сможем получать сообщения о каждом совпадении в консоль. (последнее не работает в PT)

NAT

Network Address Translation - механизм в хозяйстве совершенно необходимый уже с 1994-го года. Много сессий об него сломано и пакетов потеряно.
Нужен он чаще всего для подключения вашей локальной сети к Интернету. Дело в том, что теоретически существует 255*255*255*255=4 228 250 625. 4 миллиарда адресов. Даже если бы у каждого жителя планеты был всего один компьютер, адресов бы уже не хватало. А тут разве что утюги к Интернету не подключаются. Умные люди сообразили это ещё в начале 90-х и как временное решение предложили разделить пространство адресов на публичные (белые) и приватные (частные, серые).
К последним относятся три диапазона:

10.0.0.0/8
172.16.0.0/12
192.168.0.0/16

Их вы свободно можете использовать в своей частной сети, и поэтому, разумеется, они будут повторяться. Как же быть с уникальностью? Кому будет отвечать WEB-сервер, которому пришёл запрос с обратным адресом 192.168.1.1? Ростелекому? Компании Татнефть? Или вашему комнатному Длинку? В большом интернете никто ничего не знает о приватных сетях - они не маршрутизируются.
Тут и выходит на сцену NAT. По большому счёту, это обман, подстава. На натирующем устройстве ваш приватный адрес, грубо говоря, просто подменяется на белый адрес, который и будет фигурировать далее в пакете, пока он путешествует до WEB-сервера. А вот белые адреса очень даже хорошо маршрутизируются, и пакет точно вернётся обратно на натирующее устройство.
Но как оно в свою очередь поймёт, что с ним делать дальше? Вот с этим и разберёмся.

Типы NAT

Статический

В этом случае один внутренний адрес преобразуется в один внешний. И при этом все запросы, приходящие на внешний адрес будут транслироваться на внутренний. Словно бы этот хост и является обладателем этого белого IP-адреса.

Настраивается следующей командой:

Router (config)# ip nat inside source static 172.16.6.5 198.51.100.2

Что происходит:
1) Узел 172.16.6.5 обращается WEB-серверу. Он отправляет IP-пакет, где в качестве адреса получателя стоит 192.0.2.2, а отправителя 172.16.6.5.

2) По корпоративной сети пакет доставляется к шлюзу 172.16.6.1, где и настроен NAT

3) Согласно настроенной команде, маршрутизатор снимает текущий заголовок IP и меняет его на новый, где в качестве адреса отправителя уже фигурирует белый адрес 198.51.100.2.

4) По большому Интернету обновлённый пакет достигает сервера 192.0.2.2.

5) Тот видит, что ответ надо слать на 198.51.100.2 И подготавливает ответный IP-пакет. В качестве адреса отправителя собственно адрес сервера 192.0.2.2, адрес назначения - 198.51.100.2

6) Пакет обратно летит через Интернет, причём не факт, что тем же путём.

7) На натирующем устройстве указано, что все запросы на адрес 198.51.100.2 нужно перенаправлять на 172.16.6.5. Маршрутизатор снова раздевает спрятанный внутри TCP-сегмент и задаёт новый IP-заголовок (адрес отправителя не меняется, адрес назначения 172.16.6.5).

8) По внутренней сети пакет возвращается инициатору, которому даже и невдомёк, какие чудеса с ним творились на границе.
И так будет с каждым.
При этом если соединение инициируется из Интернета, пакеты автоматически, проходя через натирующее устройство, попадают на внутренний хост.

Такой подход бывает полезным, когда у вас есть сервер внутри вашей сети, к которому необходим полный доступ извне. Разумеется, этот вариант вы не можете использовать, если хотите триста хостов выпустить в Интернет через один адрес. Такой вариант NAT’а никак не поможет сохранить белые IP-адреса, но тем не менее он бывает полезен.

Динамический

У вас есть пул белых адресов, например, провайдер выделил вам сеть 198.51.100.0/28 c 16-ю адресами. Два из них (первый и последний) - адрес сети и широковещательный, ещё два адреса назначаются на оборудование для обеспечения маршрутизации. 12 оставшихся адресов вы можете использовать для NAT’а 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.
Настраивается он так:

Router(config)#ip nat pool lol_pool 198.51.100.3 198.51.103.14

Задали пул (диапазон) публичных адресов, из которого будет выбираться адрес для натирования

Router(config)#access-list 100 permit ip 172.16.6.0 0.0.0.255 any

Задаём список доступа, который пропускает все пакеты с адресом источника 172.16.6.х, где х варьируется 0-255.

Router(config)#ip nat inside source list 100 pool lol_pool

Этой командой мы стыкуем созданный ACL и пул.

Этот вариант тоже не универсальный, своих 300 пользователей вы так же не сможете выпустить всех в Интернет, если у вас нет 300 внешних адресов. Как только белые адреса исчерпаются, никто новый уже не сможет получить доступ в Интернет. При этом те пользователи, что уже успели отхватить себе внешний адрес, будут работать. Скинуть все текущие трансляции и освободить внешний адреса вам поможет команда clear ip nat translation *
Помимо динамического выделения внешних адресов, этот динамически NAT отличается от статического тем, что без отдельной настройки проброса портов уже невозможно внешнее соединение на один из адресов пула.

Many-to-One

Следующий тип имеет несколько названий: NAT Overload, Port Address Translation (PAT), IP Masquerading, Many-to-One NAT.
Последнее название говорит само за себя - через один внешний адрес выходит в мир много приватных. Это позволяет решить проблему с нехваткой внешних адресов и выпустить в мир всех желающих.
Тут надо бы дать пояснение, как это работает. Как два приватных адреса транслируются в один можно представить, но как маршрутизатор понимает кому нужно переслать пакет, вернувшийся из Интернета на этот адрес?
Всё очень просто:
Предположим, что от двух хостов из внутренней сети приходят пакеты на натирующее устройство. Оба с запросом к WEB-серверу 192.0.2.2.
Данные от хостов выглядят так:

Маршрутизатор расчехляет IP-пакет от первого хоста, извлекает из него TCP-сегмент, распечатывает его и узнаёт, с какого порта устанавливается соединение. У него есть внешний адрес 198.51.100.2, на который будет меняться адрес из внутренней сети.
Далее он выбирает свободный порт, например, 11874. И что он делает дальше? Все данные уровня приложений он упаковывает в новый TCP сегмент, где в качестве порта назначения по-прежнему остаётся 80 (именно на него ждёт коннектов WEB-сервер), а порт отправителя меняется с 23761 на 11874. Этот TCP-сегмент инкапсулируется в новый IP-пакет, где меняется IP-адрес отправителя с 172.16.6.5 на 198.51.100.2.
То же самое происходит для пакета от второго хоста, только выбирается следующий свободный порт, например 11875. “Свободный” означает, что он ещё не занят другими такими соединениями.
Данные, которые отправляются в интернет, теперь буду выглядеть так.

В свою NAT-таблицу он заносит данные отправителей и получателей

Для WEB-сервера - это два совершенно разных запроса, которые он должен обработать каждый индивидуально. После этого он отсылает ответ, который выглядит так:

Когда один из этих пакетов доходит до нашего маршрутизатора, тот сопоставляет данные в этом пакете со своими записями в NAT-таблице. Если совпадение найдено, происходит обратная процедура - пакету и TCP сегменту возвращаются его изначальные параметры только в качестве назначения:

И теперь пакеты доставляется по внутренней сети компьютерам-инициаторам, которым и невдомёк даже, что где-то с их данными так жёстко обошлись на границе.

Каждое ваше обращение - это отдельное соединение. То есть попытались вы открыть WEB-страницу - это протокол HTTP, использующий порт 80. Для этого ваш компьютер должен установить TCP-сессию с удалённым сервером. Такая сессия (TCP или UDP) определяется двумя сокетами: локальный IP-адрес: локальный порт и удалённый IP-адрес: удалённый порт. В обычной ситуации у вас устанавливается одно соединение компьютер-сервер, в случае же NATа соединения будет как бы два:, маршрутизатор-сервер и компьютер думает, что у него есть сессия компьютер-сервер.

Настройка отличается совершенно незначительно: добавочным словом overload:

Router(config)#access-list 101 permit 172.16.4.0 0.0.0.255
Router(config)#ip nat inside source list 101 interface fa0/1 overload

При этом, разумеется, сохраняется возможность настроить пул адресов:

Router(config)#ip nat pool lol_pool 198.51.100.2 198.51.103.14
Router(config)#access-list 100 permit 172.16.6.0 0.0.0.255
Router(config)#ip nat inside source list 100 pool lol_pool overload

Перенаправление портов

Иначе говорят ещё проброс портов или mapping.
Когда мы только начали говорить про NAT, трансляция у нас была один-в-один и все запросы, приходящие извне автоматически перенаправлялись на внутренний хост. Таким образом можно было бы выставить сервер наружу в Интернет.
Но если у вас нет такой возможности - вы ограничены в белых адресах, или не хотите выставлять всем пучком портов его наружу, что делать?
Вы можете указать, что все запросы, приходящие на конкретный белый адрес и конкретный порт маршрутизатора, должны быть перенаправлены на нужный порт нужного внутреннего адреса.

Router(config)#ip nat inside source static tcp 172.16.0.2 80 198.51.100.2 80 extendable

Применение данной команды означает, что TCP-запрос, пришедший из интернета на адрес 198.51.100.2 по порту 80, будет перенаправлен на внутренний адрес 172.16.0.2 на тот же 80-й порт. Разумеется, вы можете пробрасывать и UDP и делать перенаправление с одного порта на другой. Это, например, может оказаться полезным, если у вас есть два компьютера, к которым нужен доступ по RDP извне. RDP использует порт 3389. Один и тот же порт вы не можете пробросить на разные хосты (при использовании одного внешнего адреса). Поэтому вы можете сделать так:

Router(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.6.61 3389 198.51.100.2 3389
Router(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.6.66 3389 198.51.100.2 3398

Тогда, чтобы попасть на компьютер 172.16.6.61 вы запускаете RDP-сессию на порт 198.51.100.2:3389, а на 172.16.6.66 - 198.51.100.2:3398. Маршрутизатор сам раскидает всё, куда надо.

Кстати, эта команда - частный случай самой первой: ip nat inside source static 172.16.6.66 198.51.100.2. Только в этом случае речь идёт о пробросе всего трафика, а в наших примерах - конкретных портов протокола TCP.

Вот так в общих чертах фунциклирует NAT. Про его особенности, плюсы/минусы написано куча статей, но не отметить их нельзя.

Слабости и силости NAT

+

- В первую очередь NAT позволяет сэкономить публичные IP-адреса. Собственно для этого он и был создан. Через один адрес, теоретически можно выпустить больше 65000 серых адресов (по количеству портов).
- Во-вторых , PAT и динамический NAT является в какой-то степени файрволом, препятствуя внешним соединениям доходить до конечных компьютеров, на которых может не оказаться своего файрвола и антивируса. Дело в том, что если извне на натирующее устройство приходит пакет, который тут не ожидается или не разрешён, он просто отбрасывается.
Чтобы пакет был пропущен и обработан, должны выполниться следующие условия:
1) В NAT-таблице должна быть запись для этого внешнего адреса, указанного как адрес отправителя в пакете
И
2) Порт отправителя в пакете должен совпадать с портом для этого белого адреса в записи
И
3) Порт назначения в пакете, совпадает с портом в записи.
ИЛИ
Настроен проброс портов.
Но не нужно рассматривать NAT именно как файрвол - это не более, чем дополнительная его плюшка.

- В-третьих , NAT скрывает от посторонних глаз внутреннюю структуру вашей сети - при трассировке маршрута извне вы не увидите ничего далее натирующего устройства.

-

Есть у NAT’а и минусы. Самые ощутимые из них, пожалуй, следующие:
- Некоторые протоколы не могут работать через NAT без костылей. Например, FTP или протоколы туннелирования (несмотря на то, как просто я настроил FTP в лабораторке, в реальной жизни это может создать кучу проблем)
- Другая проблема кроется в том, с одного адреса идёт много запросов на один сервер. Многие были свидетелем этого, когда заходишь на какой-нибудь Rapidshare, а он говорит, что с вашего IP уже было соединение, вы думаете, что “врёт, собака”, а это ваш сосед уже сосет. По этой же причине бывали проблемы c ICQ, когда сервера отказывали в регистрации.
- Не очень актуальная сейчас проблема: нагрузка на процессор и оперативную память. Поскольку объём работы довольно велик по сравнению с простой маршрутизацией (это надо не просто глянуть заголовок IP, надо его снять, TCP-заголовок снять, в таблицу занести, новые заголовки прикрутить) в мелких конторах с этим бывают проблемы.
Я сталкивался с такой ситуацией.
Одно из возможных решений - вынести функцию NAT на отдельный ПК либо на специализированное устройство, например Cisco ASA.
Для больших игроков, у которых маршрутизаторы ворочают по 3-4 BGP full-view, сейчас это не составляет проблем.

Что ещё нужно знать?
- NAT применяется в основном для обеспечения доступа в Интернет хостам с приватными адресами. Но бывает и иное применение - связь между двумя частными сетями с пересекающимися адресными пространствами.
Например, ваша компания покупает себе филиал в Актюбинске. У вас адресация 10.0.0.0-10.1.255.255, а у них 10.1.1.0-10.1.10.255. Диапазоны явно пересекаются, настроить маршрутизацию никак не получится, потому что один и тот же адрес может оказаться и в Актюбинске и у вас в штаб-квартире.
В таком случае на месте стыка настраивается NAT. Поскольку серых адресов у нас не мерено, можно выделить, к примеру, диапазон 10.2.1.0-10.2.10.255 и делать трансляцию один-в-один:
10.1.1.1-10.2.1.1
10.1.1.2-10.2.1.2
…
10.1.10.255-10.2.10.255

В больших игрушках для взрослых NAT может быть реализован на отдельной плате (и часто так и есть) и без неё не заработает. А на офисных железках, напротив, есть почти всегда.

С повсеместным внедрением IPv6 необходимость в NAT’e будет сходить на нет. Уже сейчас большие заказчики начинают интересоваться функционалом NAT64 - это когда у вас выход в мир через IPv4, а внутренняя сеть уже на IPv6

Разумеется, это лишь поверхностный взгляд на NAT и есть ещё море нюансов, не утонуть в котором вам поможет самообразование.

Практика NAT

Чего от нас требует реальность?
1) Сеть управления не имеет доступа в интернет вообще
2) Хосты из сети ПТО имеют доступ только к профильным сайтам, например, Linkmeup.ru
3) Милым дамам из бухгалтерии нужно вырубить окно в мир клиент-банков.
4) ФЭО не выпускать никуда, за исключением финансового директора
5) В сети Other наш компьютер и компьютер админа - им дадим полный доступ в интернет. Всем остальным можно открывать по письменному запросу.
6) Не забудем про филиалы в Питере и в Кемерово. Для простоты настроим полный доступ для эникиев из этих подсетей.
7) С серверами отдельная песня. Для них мы настроим перенаправление портов. Всё, что нам нужно:
а) WEB-сервер должен быть доступен по 80-му порту
б) Почтовый сервер по 25-му и 110-му
в) Файловый сервер доступен из мира по FTP.
8) Компьютеры админа и наш должны быть доступны из Интернета по RDP. Вообще-то это неправильный путь - для удалённого подключения нужно использовать VPN-подключение и уже будучи в локальной сети использовать RDP, но это тема отдельной совсем другой статьи.

Сначала подготовим тестовую площадку:

Подключение к Интернету будет организовано через существующий линк, который предоставляет провайдер.
Он уходит в сеть провайдера. Напоминаем, что всё в этом облаке - это абстрактная сеть, которая на деле может состоять из десятков маршрутизаторов и сотен коммутаторов. Но нам нужно нечто управляемое и предсказуемое, поэтому водружаем сюда ещё маршрутизатор. С одной стороны в него линк из коммутатора, с другой сервера в Интернете.

Сервера нам понадобятся следующие:
1. Два клиент-банка для бухгалтеров (sperbank.ru, mmm-bank.ru)
2. Linkmeup.ru для ПТОшников
3. яндекс (yandex.ru)

Для такого подключения мы поднимем ещё один влан на msk-arbat-gw1. Его номер, разумеется, согласуется с провайдером. Пусть это будет VLAN 6
Предположим, провайдер предоставляет нам подсеть 198.51.100.0/28 . Первые два адреса используются для организации линка (198.51.100.1 и 198.51.100.2), а оставшиеся мы используем, как пул для NAT’a. Впрочем, никто совершенно нам не мешает использовать и адрес 198.51.100.2 для пула. Так и сделаем: пул: 198.51.100.2-198.51.100.14
Для простоты предположим, что публичные сервера у нас находятся в одной подсети:
192.0.2.0/24 .
Как настроить линк и адреса вы вполне уже в курсе.
Поскольку у нас только один маршрутизатор в сети провайдера, и все сети подключены непосредственно к нему, то необходимости настраивать маршрутизацию нету.
А вот наш msk-arbat-gw1 должен знать куда отправлять пакеты в Интернет, поэтому нам нужен маршрут по умолчанию:

msk-arbat-gw1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 198.51.100.1

Теперь по порядку

Во первых настроим пул адресов

msk-arbat-gw1(config)# ip nat pool main_pool 198.51.100.2 198.51.100.14 netmask 255.255.255.240

Теперь собираем ACL:

msk-arbat-gw1(config)# ip access-list extended nat-inet

1) Сеть управления

не имеет доступа в интернет вообще
Готово

2) Хосты из сети ПТО

Имеют доступ только к профильным сайтам, например, Linkmeup.ru

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit tcp 172.16.3.0 0.0.0.255 host 192.0.2.2 eq 80

3)Бухгалтерия

Даём доступ всем хостам на оба сервера

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip 172.16.5.0 0.0.0.255 host 192.0.2.3
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip 172.16.5.0 0.0.0.255 host 192.0.2.4

4) ФЭО

Даём разрешение только финансовому директору - это только один хост.

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.4.123 any

5) Other

Наши компьютеры с полным доступом

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.6.61 any
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.6.66 any

6) Филиалы в Санкт-Петербурге и Кемерово

Пусть адреса эникиев будут одинаковыми: 172.16.х.222

msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.16.222 any
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.17.222 any
msk-arbat-gw1(config-ext-nacl)# permit ip host 172.16.24.222 any

Вот так выглядит сейчас ACL полностью:
ip access-list extended nat-inet
remark PTO
permit tcp 172.16.3.0 0.0.0.255 host 192.0.2.2 eq www
remark ACCOUNTING
permit ip 172.16.5.0 0.0.0.255 host 192.0.2.3
permit ip 172.16.5.0 0.0.0.255 host 192.0.2.4
remark FEO
permit ip host 172.16.4.123 any
remark IAM
permit ip host 172.16.6.61 any
remark ADMIN
permit ip host 172.16.6.66 any
remark SPB_VSL_ISLAND
permit ip host 172.16.16.222 any
remark SPB_OZERKI
permit ip host 172.16.17.222 any
remark KMR
permit ip host 172.16.24.222 any

Запускаем:

msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source list nat-inet pool main_pool overload

Но счастье не будет полным без настройки интерфейсов:
На внешнем интерфейсе нужно дать команду ip nat outside
На внутреннем: ip nat inside

msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.101
msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.102
msk-arbat-gw1(config-subif)# ip nat inside
msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.103
msk-arbat-gw1(config-subif)# ip nat inside
msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.104
msk-arbat-gw1(config-subif)# ip nat inside
Msk-arbat-gw1(config)# int fa0/1.6
msk-arbat-gw1(config-subif)# ip nat outside

Это позволит маршрутизатору понять откуда ждать пакеты, которые нужно будет обработать и куда их потом слать.

Чтобы сервера в интернете были доступны по доменному имени, нам бы неплохо было обзавестись DNS-сервером в нашей сети:

Естественно его, нужно прописать на тех устройствах, с которых будем проверять доступ:

Show must go on!

С компьютера админа доступно всё:

Из сети ПТО есть доступ только на сайт linkmeup.ru по 80-му порту (HTTP):

В сети ФЭО в мир выходит только 4.123 (финдиректор)

В бухгалтерии работают только сайты клиент-банков. Но, поскольку разрешение дано полностью на протокол IP, то их можно и пинговать:

7) Cервера

Тут нам нужно настроить проброс портов, чтобы к ним можно было обращаться из Интернета:

a) Веб-сервер

msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.0.2 80 198.51.100.2 80

Сразу проверяем, например, мы можем это делать с тестового ПК c аресом 192.0.2.7.
Сейчас ничего не заработает, потому что для сети серверов у нас не настроен интерфейс на msk-arbat-gw1:

msk-arbat-gw1(config)# int fa0/0.3
msk-arbat-gw1(config-subif)# ip nat inside

А теперь:

б) Файловый сервер

msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.0.3 20 198.51.100.3 20
msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.0.3 21 198.51.100.3 21

Вот для этого в ACL Servers-out мы открывали также и 20-21-й порты для всех

в) Почтовый сервер

msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.0.4 25 198.51.100.4 25
msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.0.4 110 198.51.100.4 110

Проверить также не сложно. Следуйте инструкциям:
Сначала настраиваем почтовый сервер. Указываем домен и создаём двух пользователей.

Настраиваем компьютер из нашей сети:

Из внешней:

Готовим письмо:

На локальном хосте нажимаем Receive:

8) Доступ по RDP к компьютерам админа и нашему

msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.6.61 3389 198.51.100.10 3389
msk-arbat-gw1(config)# ip nat inside source static tcp 172.16.6.66 3389 198.51.100.10 3398

Безопасность

На последок одно замечание. Скорее всего натирующее устройство, у вас смотрит своим ip nat outside интерфейсом наружу - в Интернет. Поэтому на этот интерфейс не помешало бы повешать ACL, где вы запретите, разрешите, то что вам нужно. На этом вопросе не будем останавливаться уже в данной статье.

На этом первое знакомство с технологией NAT можно считать законченным.
В качестве ещё одного ДЗ ответьте на вопрос, почему нет доступа в Интернет с компьютеров эникиев в Питере и в Кемерово. Ведь мы их добавили уже в список доступа.

И просматриваете страницы WEB сайта. Велика вероятность того, что именно сейчас вы пользуетесь преобразованием сетевых адресов (NAT).

Никто не мог предвидеть такого разрастания Интернета, какое мы наблюдаем сегодня. Хотя точные его размеры неизвестны, оценки показывают, что в Интернете имеется приблизительно 100 миллионов активных узлов и более 350 миллионов пользователей. Темпы роста Интернета таковы, что его размер ежегодно удваивается.

Какое же отношение имеет преобразование сетевых адресов к размерам Интернета? Самое непосредственное! Чтобы данный компьютер мог связываться с другими компьютерами и WEB серверами по Интернету, у него должен быть собственный IP адрес. IP адрес (IP значит протокол Интернета) представляет собой уникальное 32-битовое число, обозначающее место данного компьютера в сети. В принципе, он функционирует, как ваш домашний адрес - это способ точно найти местоположение вашего компьютера и доставить вам информацию.

IP адресация

Когда впервые появилась IP адресация, все считали, что адресов достаточно для того, чтобы удовлетворить любые потребности. Теоретически может быть в общей сложности 4 294 967 296 уникальных адресов (232). Фактическое количество доступных для использования адресов несколько меньше (приблизительно между 3.2 и 3.3 миллиардами), что объясняется особенностями разбиения адресов на классы и тем, что определенные адреса резервируются для многоадресной рассылки, тестирования и других специальных нужд.

В условиях взрывного разрастания Интернета, роста домашних и корпоративных сетей, имеющихся IP адресов попросту не хватает. Очевидное решение - изменить формат адреса, чтобы в наличии было больше адресов. Такая система развертывается (она называется IPv6), однако для ее внедрения потребуется несколько лет, потому что при этом нужно модернизировать всю структуру Интернета.

На выручку приходит система NAT (RFC 1631). Преобразование сетевых адресов позволяет одному устройству, например, маршрутизатору, выполнять функции посредника между Интернетом (или «публичной сетью») и локальной (или «частной») сетью. Это значит, что для представления целой группы компьютеров требуется только один уникальный IP адрес.

Однако недостаток IP адресов - лишь одна из причин, по которым используют NAT. Наша статья посвящена преимуществам и особенностям этой системы. Сначала рассмотрим более подробно, что такое NAT и как эта система работает…

Принцип работы системы NAT

Система NAT похожа на секретаря в большом офисе. Допустим, вы дали ему инструкцию не соединять вас ни с кем, кто бы ни звонил по телефону, пока вы не дадите разрешение на такие действия. Позже вы звоните потенциальному клиенту и оставляете ему сообщение о том, чтобы он вам перезвонил. Вы сообщаете секретарю, что ждете звонка от клиента и приказываете обеспечить соединение, когда тот позвонит.

Клиент набирает главный телефонный номер офиса, потому что ему известен только этот номер. Клиент сообщает секретарю, что он хочет связаться с вами, секретарь сверяется по справочной таблице, где указано ваше имя и ваш добавочный телефонный номер. Секретарь знает, что вы разрешили скоммутировать этого клиента, поэтому коммутирует вызывающую сторону на ваш добавочный номер.

Система преобразования сетевых адресов

Система преобразования сетевых адресов, разработанная компанией Cisco, используется устройством ( , маршрутизатором или компьютером), соединяющим внутреннюю сеть с остальным миром. Преобразование сетевых адресов может иметь разные формы и может работать разными способами:

Статическое преобразование сетевых адресов - преобразование незарегистрированного IP адреса в зарегистрированный IP адрес по принципу «один к одному». Особенно полезно, когда требуется доступ к устройству из-за пределов локальной сети.
Динамическое преобразование сетевых адресов - преобразование незарегистрированного IP адреса в зарегистрированный IP адрес из группы зарегистрированных IP адресов.
Перегрузка - форма динамического преобразования, преобразующая много незарегистрированных IP адресов в один зарегистрированный адрес за счет использования различных портов. Эту процедуру еще называют PAT (Port Address Translation, преобразование портов и адресов), одноадресным NAT или мультиплексированным NAT на уровне портов.
Совпадение - когда используемые в вашей сети адреса являются зарегистрированными IP адресами, используемыми в другой сети, маршрутизатор должен вести таблицу преобразования таких адресов, перехватывать их и заменять зарегистрированными уникальными IP адресами. Важно отметить, что маршрутизатор NAT должен преобразовывать «внутренние» адреса в зарегистрированные уникальные адреса, а также «внешние» зарегистрированные адреса в адреса, которые являются уникальными в частной сети. Такая операция может осуществляться с использованием статического преобразования сетевых адресов, либо сервиса доменных имен (DNS) и внедрения динамического преобразования сетевых адресов.

Внутренняя сеть обычно представляет собой локальную сеть (LAN, Local Area Network), которую иногда называют тупиковым доменом (stub domain). Тупиковый домен - это локальная сеть, внутри которой используются IP адреса. Большинство сетевого трафика в тупиковом домене локальное и не выходит за пределы внутренней сети. Тупиковый домен может содержать как зарегистрированные, так и незарегистрированные IP адреса. Разумеется, все компьютеры, которым присвоены незарегистрированные IP адреса, для связи с остальным миром должны пользоваться преобразованием сетевых адресов.

NAT можно настраивать различными способами. В приводимом ниже примере маршрутизатор NAT настроен так, что преобразует незарегистрированные (внутренние, локальные) IP адреса, применяемые в частной (внутренней) сети, в зарегистрированные IP адреса. Эта процедура выполняется каждый раз, когда устройству с незарегистрированным адресом во внутренней сети требуется связаться с сетью общего пользования (внешней).

Интернет-провайдер закрепляет за вашей компанией ряд IP адресов. Адреса из закрепленной группы являются зарегистрированными IP адресами и называются внутренними глобальными адресами. Незарегистрированные, частные IP адреса разделяются на две группы. Одна небольшая группа (внешние локальные адреса) используется маршрутизаторами NAT. Вторая, значительно большая группа, которую называют внутренними локальными адресами (inside local addresses), используется в тупиковом домене. Внешние локальные адреса используются для формирования уникальных IP адресов устройств, называемых внешними глобальными адресами, для выхода в публичную сеть.
Большинство компьютеров тупикового домена обменивается информацией друг с другом, используя внутренние локальные адреса.
Некоторые компьютеры тупикового домена часто связываются с устройствами за пределами локальной сети. Эти компьютеры имеют внутренние глобальные адреса, которые не требуют преобразования.
Когда компьютеру тупикового домена с внутренним локальным адресом нужно связаться с компьютером за пределами локальной сети, пакет направляется к одному из маршрутизаторов NAT.
Маршрутизатор NAT сверяется с таблицей маршрутизации для выяснения, есть ли запись для адреса назначения. Если такая запись имеется, маршрутизатор NAT преобразует пакет и создает для него запись в таблице трансляции адресов. Если адреса назначения в таблице маршрутизации нет, пакет игнорируется.
Используя внутренний глобальный адрес, маршрутизатор отправляет пакет к пункту назначения.
Компьютер в публичной сети отправляет пакет в частную сеть. Адресом отправителя пакета является внешний глобальный адрес. Адресом назначения является внутренний глобальный адрес.
Маршрутизатор NAT сверяется с таблицей трансляции адресов и определяет, что здесь имеется адрес назначения, соотносящийся с компьютером в тупиковом домене.
Маршрутизатор NAT преобразует внутренний глобальный адрес пакета во внутренний локальный адрес и отправляет пакет к соответствующему компьютеру.

Перегрузка NAT

Перегрузка NAT использует функцию пакета протоколов TCP/IP, мультиплексирование, позволяющую компьютеру создавать с одним или несколькими удаленными компьютерами несколько одновременных соединений с применением различных портов TCP или UDP. Пакет IP содержит заголовок, в котором имеется следующая информация:

Адрес источника - IP адрес компьютера-отправителя, например, 201.3.83.132
Порт отправителя - номер порта TCP или UDP, назначенный компьютером-отправителем для данного пакета, например, порт 1080
Адрес получателя - IP адрес компьютера-получателя, например, 145.51.18.223
Порт назначения - номер порта TCP или UDP, который компьютер-отправитель требует открыть у компьютера-получателя, например, порт 3021.

Адреса указывают две машины на каждом конце, а номера портов обеспечивают уникальный идентификатор для соединения между двумя компьютерами. Комбинацией этих четырех чисел определяется одно соединение TCP/IP. В каждом номере порта используется 16 бит, а это значит, что возможно 65 536 (216) значений. На практике, с учетом того, что разные производители сопоставляют порты немного по-разному, можно ожидать, что доступными будут приблизительно 4 000 портов.

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.

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.

Посмотрело: 38705

1 Если Вы читаете этот документ, то скорее всего вы подсоединены к Интернету, и используете трансляцию сетевых адресов (Network Address Translation, NAT ) прямо сейчас! Интернет стал настолько огромным, чем кто-либо мог себе представить. Хотя точный размер неизвестен, текущая оценка это приблизительно 100 миллионов хостов и более чем 350 миллионов пользователей, активно работающих в Интернете. Фактически, норма роста такова, что Интернет эффективно удваивается в размере каждый год.

Введение

Для компьютера, чтобы общаться с другими компьютерами и Web-серверами в Интернете, он должен иметь IP адрес. IP адрес (IP означает Интернет Протокол) - это уникальное 32-битовое число, которое идентифицирует местоположение вашего компьютера на сети. В основном это работает точно так же как ваш уличный адрес: способ точно выяснить, где вы находитесь и доставить вам информацию. Теоретически, можно иметь 4,294,967,296 уникальных адресов (2^32). Фактическое число доступных адресов является меньшим (где-нибудь между 3.2 и 3.3 миллиарда) из-за способа, которым адреса разделены на классы и потребности отвести некоторые из адресов для мультивещания, тестирования или других определенных нужд. С увеличением домашних сетей и деловых сетей, число доступных IP адресов уже не достаточно. Очевидное решение состоит в том, чтобы перепроектировать формат адреса, чтобы учесть больше возможных адресов. Таким образом, развивается протокол IPv6, но, это развитие займет несколько лет, потому что требует модификации всей инфраструктуры Интернета.

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

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

Маскировка

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ISP назначает диапазон адресов IP вашей компании. Назначенный блок адресов - это уникальные зарегистрированные IP адреса и называются внутренними глобальными адресами (inside global) . Незарегистрированные частные IP адреса разбиты на две группы, маленькая группа, внешние локальные адреса (outside local) , будет использоваться NAT маршрутизаторами и основная, которая будет использоваться в домене, известна как внутренние локальные адреса (inside local) . Внешние локальные адреса используются, чтобы транслировать уникальные IP адреса, известные как внешние глобальные адреса(outside global) , устройств на общественной сети.
NAT транслирует только тот трафик, который проходит между внутренней и внешней сетью и определен для трансляции. Любой трафик, не соответствующий критериям трансляции или тот, который проходит между другими интерфейсами на маршрутизаторе, никогда не транслируется, и пересылается как есть.

IP адреса имеют различные обозначения, основанные на том, находятся ли они на частной сети (домен) или на общественной сети (Интернет) и является ли трафик входящим или исходящим:

Большинство компьютеров в домене общается друг с другом, используя внутренние локальные адреса.
Некоторые компьютеры в домене взаимодействуют с внешней сетью. Эти компьютеры имеют внутренние глобальные адреса, что означает, что они не требуют трансляции.
Когда компьютер в домене, который имеет внутренний локальный адрес, хочет взаимодействовать с внешней сетью, пакет идет в один из NAT-маршрутизаторов посредством обычной маршрутизации.
NAT- маршрутизатор проверяет таблицу маршрутизации, чтобы посмотреть, имеется ли у него запись для конечного адреса. Если адрес приемника не находится в таблице маршрутизации, пакет отбрасывается. Если запись доступна, роутер проверяет, идет ли пакет из внутренней сети во внешнюю, а также, соответствует ли пакет критериям, определенным для трансляции. Затем маршрутизатор проверяет таблицу трансляции адресов, чтобы выяснить, существует ли запись для внутреннего локального адреса и соответствующего ему внутреннего глобального адреса. Если запись найдена, он транслирует пакет, используя внутренний глобальный адрес. Если сконфигурирован только статический NAT, и никакой записи не найдено, то роутер посылает пакет без трансляции.
Используя внутренний глобальный адрес, маршрутизатор пересылает пакет его адресату.
компьютер на общественной сети посылает пакет в частную сеть. Адрес источника в пакете – это внешний глобальный адрес. Адрес приемника - внутренний глобальный адрес.
Когда пакет прибывает во внешнюю сеть, NAT-маршрутизатор смотрит в таблицу трансляций и определяет адрес приемника, отображенный на компьютер в домене.
NAT-маршрутизатор транслирует внутренний глобальный адрес пакета на внутренний локальный адрес и затем проверяет таблицу маршрутизации прежде, чем пошлет пакет конечному компьютеру. Всякий раз, когда запись не найден для адреса в таблице трансляций, пакет не транслируется и роутер продолжает поверку таблицы маршрутизации на поиск адреса приемника.

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

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

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

Примеры динамического NAT и NAT с перегрузкой

Ниже на картинке показано как работает динамический NAT.

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

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

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

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

Безопасность и Администрирование

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

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

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

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

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

Реальная выгода NAT очевидна в сетевом администрировании. Например, Вы можете переместить ваш Web-сервер или сервер FTP к другому компьютеру, не волнуясь о разорванных соединениях. Просто измените входной мапинг на новый внутренний локальный адрес в маршрутизаторе, чтобы отразить новый хост. Вы можете также делать изменения в вашей внутренней сети так как любой ваш внешний IP адрес либо принадлежит маршрутизатору либо пулу глобальных адресов.