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如今的網際網路規模可謂是沒有辦法用資料去衡量，不談全世界，單單從中國來說，根據中國網際網路絡資訊中心在2022年2月份釋出的《中國網際網路絡發展狀況統計報告》中顯示，中國網民數量已經達到了驚人的10.32億！
中國網民規模
這個數字真的可以用可怕去形容了，而中國的IPV4位址數量卻隻有不到4億：
全球IPV4位址數 top10
有人就會奇怪了，網民數量10.32億遠遠大于4億這個數字，那麼背後的原理到底是怎樣的呢？
其實并不是每個網民的裝置都會占用一個有效的IPV4位址，更多的是多個人共用一個IPV4位址，背後的原理就是NAT，那麼今天瑞哥就帶着大家揭開NAT的神秘面紗，探尋一下NAT為啥如此強大，它解決了什麼樣的革命性的問題？
讓我們直接開始！
什麼是NAT？
一台計算機要與網際網路上其他計算機或者伺服器通信，必須有一個IP 位址，IP 位址是一個唯一的 32 位數字，用于辨別您的計算機在網絡上的位置，就像你身份證上的位址一樣，唯一的，能找到你這個人。
當 IP 尋址剛出現時，每個人都認為有大量的位址可以滿足需求，因為理論上差不多有2的32次方個IPV4位址，可用位址的實際數量會少一些，大概有3.2 到 33 億之間的數量。随着網際網路的爆炸式增長，可用 IP 位址的數量根本不夠用，這個時候IPv6的時代就要來了，但是IPV6完全取代IPV4短時間内是不大現實的，因為它需要修改整個網際網路的基礎設施，在此之前NAT就大展身手了。
- NAT英文全稱：Network Address Translation
- NAT中文名稱：網絡位址轉換
看這名字就知道應該是将某某位址轉換為某某位址的，其本質确實是這樣的，NAT 将本地網絡中裝置的私有 IP 位址轉換為公共 IP 位址，路由器通常使用它來将裝置連接配接到網際網路。
NAT轉換位址
如果不太了解為啥需要位址轉換的話，我給大家舉個栗子：你把NAT看成是某某大型集團公司的電話接待員，外界需要打電話進來，必須經過接待員轉接，這樣的話對外隻需要公布幾個或者幾十個電話号碼，就能實作内部幾百、幾千甚至幾萬個電話的轉接，節省了公共電話網的費用，還一定程式上保障了安全性。
酒店接待員電話示例
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NAT工作原理
NAT一般配置在網絡路由器或 NAT防火牆上面，配置好的裝置工作的時候會将私網位址轉換為公網位址，然後就能和網際網路進行通信。
私網位址
一般會在本地網絡中遇到私網位址，換句話說，我們的電腦、手機、平闆等工作時候用到的都是私網位址。
比如我們輸入一下ifconfig指令：
ifconfig指令
我們看到我們的私網位址是192.168.3.29.
windows可以輸入：ipconfig指令：
ipconfig指令
我們同樣看到了私網ip位址192.168.3.29.
私網ip位址範圍
- A 類：10.0.0.0 - 10.255.255.255
- B 類：172.16.0.0 - 172.31.255.255
- C 類：192.168.0.0 - 192.168.255.255
192.168.3.29屬于C類，在私網位址範圍内。
公網位址
公共位址是用于通路網際網路的外向 IP 位址，由網際網路服務提供商 (ISP) 提供并配置設定給路由器，它是網際網路上唯一的 IP 位址。
一般情況下公網ip位址都會是下面的某一個：
NAT工作流程
NAT工作流程
如圖所示有兩個網絡：本地網絡、網際網路
本地網絡中有台pc，ip位址為192.168.31.99，為私網ip位址，有台路由器，其中LAN口的位址為192.168.31.1，WAN口的位址為188.87.15.21.
網際網路有台伺服器，IP位址為204.12.25.36.
現在本地網絡中的pc想要通路網際網路中的伺服器，pc的私網位址想要直接通路擁有公網位址的伺服器是不可能，是以需要有個中間媒介作為轉換。
pc發送源ip為192.168.31.99，目的ip為204.12.25.36的資料包到無線路由器的LAN口，無線路由器中有NAT子產品将私網ip轉換後從WAN口将資料包變為源ip 188.87.15.21，目的ip為204.12.25.36發送至網際網路的伺服器。
伺服器收到後，将pc需要的資料進行傳回，首先發送源ip 204.12.25.36，目的ip為188.87.15.21的資料包到無線路由器的WAN口，無線路由器内置的NAT子產品将進行位址轉換，然後發送資料包，源ip 204.12.25.36，目的ip為192.168.31.99.
這個就是NAT工作的全流程。
NAT類型
NAT一共有三種類型：
NAT類型
源NAT
源NAT對源IP或者源端口進行轉換。
源NAT
根據是否轉換源端口，源NAT還可以細分為以下三種類型：
- NAT No-PAT：隻轉換位址，不轉換端口
- NAPT：同時轉換位址和端口
- Easy IP：與NAPT類似，将接口位址作為公網IP位址進行NAT。
目的NAT
目的NAT和源NAT相反，将目的IP或者目的端口進行轉換。
目的NAT
根據NAT後是否固定映射，可以将目的NAT分為以下三種類型：
- 靜态目的NAT：有固定映射，内部 IP 位址到外部 IP 位址的一對一轉換。
- 動态目的NAT：沒有固定映射，提供者給出幾個外部IP位址，之後路由器自己根據需要配置設定位址。
- NAT Server：當私網伺服器需要為公網提供服務時，需要在路由器上配置NAT伺服器，并指定【公網IP位址：端口】與【私網IP位址：端口】一一對應，将内網伺服器映射到公網，公網主機通過【公網IP位址：端口】通路内網伺服器。
雙向NAT
雙向NAT就是兼源NAT和目的NAT的功能，同時對目的位址資訊和源位址資訊進行處理。
NAT優缺點
優點
- ⭐減緩了 IPv4 位址空間耗盡的過程
- NAT 簡化了網絡管理
- NAT 不将内部尋址結構暴露給外部，為網絡環境帶來安全性
- NAT 在建立網絡方面增加了網絡的靈活性
缺點
- NAT轉換需要耗時間、耗記憶體
- 經過NAT轉換後，排障會增加難度。
總結
網絡位址轉換 NAT 是一種網際網路标準，由Cisco開發，它使區域網路能夠将一組IP 位址用于内部流量，将另一組位址用于外部流量，能夠将私網IP位址轉換為公網IP位址，NAT 服務有三個主要功能：
- 隐藏内部 IP 位址提供一種類似防火牆的安全效果。
- 增加私網ip位址，利用擴充内網網絡。
- 允許合并多個ISDN連接配接以形成單個 Internet 連接配接，将多個私網ip轉為一個公網ip。
本文瑞哥主要介紹了NAT以下内容：
- 什麼是NAT？
- NAT工作原理
- 私網位址
- 公網位址
- NAT工作流程
- NAT類型
- 源NAT
- 目的NAT
- 雙向NAT
- NAT優缺點
- 優點
- 缺點
轉載自:網絡技術聯盟站
文章來源于IPv6盛行時代，為啥NAT位址轉換技術還那麼流行？
原文連結：https://mp.weixin.qq.com/s/wdvdu7KB1t5Z3qnQlD1UZQ