網絡地址轉換(NAT)---靜態實踐篇

NAT概述

1.NAT出現背景

NAT（Network Address Translation，網絡地址轉換）,當在專用網內部的一些主機本來已經分配到了本地IP地址（即僅在本專用網內使用的專用地址），但現在又想和因特網上的主機通信（并不需要加密）時，可使用NAT方法。

2.NAT工作原理

借助于NAT，私有地址的"內部"網絡通過路由器發送數據包時，私有地址被轉換成合法的IP地址，一個局域網只需使用少量IP地址即可實現私有地址網絡內所有計算機與Internet的通信需求。
NAT將自動修改IP報文的源IP地址和目的IP地址，Ip地址校驗則在NAT處理過程中自動完成。有些應用程序將源IP地址嵌入到IP報文的數據部分中，所以還需要同時對報文的數據部分進行修改，以匹配IP頭中已經修改過的源IP地址。否則，在報文數據部分嵌入IP地址的應用程序就不能正常工作。

3.NAT的優缺點

(1)NAT的優點
節省共有合法IP地址
處理地址重疊
增強靈活性
安全性

(2)NAT缺點
延遲增大
配置和維護的復雜性
不支持某些應用,可以通過靜態NAT映射來避免

4.NAT的實現方式

1.靜態轉換
是指將內部網絡的私有IP地址轉換為公有IP地址，IP地址對是一對一的，是一成不變的，某個私有IP地址只轉換為某個公有IP地址。借助于靜態轉換，可以實現外部網絡對內部網絡中某些特定設備（如服務器）的訪問。
2.動態轉換
是指將內部網絡的私有IP地址轉換為公用IP地址時，IP地址是不確定的，是隨機的，所有被授權訪問上Internet的私有IP地址可隨機轉換為任何指定的合法IP地址。也就是說，只要指定哪些內部地址可以進行轉換，以及用哪些合法地址作為外部地址時，就可以進行動態轉換。動態轉換可以使用多個合法外部地址集。當ISP提供的合法IP地址略少于網絡內部的計算機數量時。可以采用動態轉換的方式。
3.端口多路復用（PAT)
是指改變外出數據包的源端口并進行端口轉換，即端口地址轉換采用端口多路復用方式。內部網絡的所有主機均可共享一個合法外部IP地址實現對Internet的訪問，從而可以最大限度地節約IP地址資源。同時，又可隱藏網絡內部的所有主機，有效避免來自internet的叨擾。

5.NAT包含4類地址

6. NAT的轉換條目

簡單轉換條目              ip
擴展轉換條目              ip和port(端口)                 

靜態NAT案列演示

拓撲結構圖

第一步:配置SW交換機

SW#conf t 
SW(config)#no ip routing    //關閉路由功能
SW(config)#int f1/0         //進入端口f1/0
SW(config-if)#speed 100     //配置速率
SW(config-if)#dup full      //配置全雙工模式
SW(config-if)#ex

第二步:配置R2路由器

R2#conf t
R2(config)#int f0/0
R2(config-if)#ip add 12.0.0.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shut
R2(config-if)#int f0/1
R2(config-if)#ip add 13.0.0.1 255.255.255.0
R2(config-if)#no shut
R2(config-if)#ex
R2(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 12.0.0.1    //配置默認路由

第三步:配置R1路由器

R1#conf t
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip add 192.168.100.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#int f0/1 
R1(config-if)#ip add 12.0.0.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#ex
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 12.0.0.2

第四步:配置客戶機ip地址,并測試全網互通性

1.配置客戶機IP地址

PC1> ip 192.168.100.10 192.168.100.1
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.100.10 255.255.255.0 gateway 192.168.100.1

PC2> ip 192.168.100.20 192.168.100.1
Checking for duplicate address...
PC1 : 192.168.100.20 255.255.255.0 gateway 192.168.100.1

PC3> ip 13.0.0.13 13.0.0.1
Checking for duplicate address...
PC1 : 13.0.0.13 255.255.255.0 gateway 13.0.0.1

2.測試互通性

PC1> ping 13.0.0.13
13.0.0.13 icmp_seq=1 timeout
13.0.0.13 icmp_seq=2 timeout
84 bytes from 13.0.0.13 icmp_seq=3 ttl=62 time=45.879 ms
84 bytes from 13.0.0.13 icmp_seq=4 ttl=62 time=37.925 ms
84 bytes from 13.0.0.13 icmp_seq=5 ttl=62 time=38.894 ms

PC1> ping 192.168.100.20
84 bytes from 192.168.100.20 icmp_seq=1 ttl=64 time=0.000 ms
84 bytes from 192.168.100.20 icmp_seq=2 ttl=64 time=0.000 ms
84 bytes from 192.168.100.20 icmp_seq=3 ttl=64 time=0.000 ms
84 bytes from 192.168.100.20 icmp_seq=4 ttl=64 time=0.000 ms
84 bytes from 192.168.100.20 icmp_seq=5 ttl=64 time=0.069 ms

第五步:在R1路由器上配置NAT,并開啟debug功能

R1(config)#ip nat inside source static 192.168.100.10 12.0.0.10
R1(config)#ip nat inside source static 192.168.100.20 12.0.0.20 
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip nat inside         //將NAT應用于內部
R1(config)#int f0/1 
R1(config-if)#ip nat out            //將NAT應用于內部
R1#debug ip nat                 //測試NAT地址
IP NAT debugging is on

第六步:測試NAT地址轉換,并使用debug功能

PC1> ping 13.0.0.13
13.0.0.13 icmp_seq=1 timeout
13.0.0.13 icmp_seq=2 timeout
84 bytes from 13.0.0.13 icmp_seq=3 ttl=62 time=41.886 ms
84 bytes from 13.0.0.13 icmp_seq=4 ttl=62 time=38.922 ms

R1#
*Mar  1 00:30:38.259: NAT*: s=192.168.100.10->12.0.0.10, d=13.0.0.13 [1514]
R1#
*Mar  1 00:30:40.259: NAT*: s=192.168.100.10->12.0.0.10, d=13.0.0.13 [1515]
R1#
*Mar  1 00:30:42.263: NAT*: s=192.168.100.10->12.0.0.10, d=13.0.0.13 [1516]
*Mar  1 00:30:42.291: NAT*: s=13.0.0.13, d=12.0.0.10->192.168.100.10 [1516]
R1#
*Mar  1 00:30:43.307: NAT*: s=192.168.100.10->12.0.0.10, d=13.0.0.13 [1517]
*Mar  1 00:30:43.335: NAT*: s=13.0.0.13, d=12.0.0.10->192.168.100.10 [1517]
R1#
*Mar  1 00:30:44.347: NAT*: s=192.168.100.10->12.0.0.10, d=13.0.0.13 [1518]
*Mar  1 00:30:44.379: NAT*: s=13.0.0.13, d=12.0.0.10->192.168.100.10 [1518]
//出方向將源地址s=192.168.100.10轉換成12.0.0.10,回方向將
目標地址d=12.0.0.10轉換成192.168.100.10

靜態NAT端口映射案列演示

拓撲結構圖

環境需求:
一臺Linux虛擬機(CentOS 7),作為局域網內提供服務服務器
一臺Windows 虛擬機(win 7),作為公網的客戶端

第一步:打開Linux虛擬機,在網絡連接時安裝并架設服務

[root@192 ~]# yum install httpd -y //安裝服務

[root@192 ~]# vim /var/www/html/index.html //編輯測設網頁

<hl>this is inside web</hl>

[root@192 ~]# systemctl start httpd //開啟服務
[root@192 ~]# systemctl stop firewalld.service //關閉防火墻
[root@192 ~]# setenforce 0 //關閉增強型安全功能

第二步:測試網站是否架設成功

第三步:將Linux虛擬機的網卡綁定為VMnet1(僅主機模式),并設定靜態ip地址

1.綁定網卡

2.設定靜態ip

root@192 ~]# vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33

TYPE=Ethernet
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static            
DEFROUTE=yes
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=ens33
UUID=88cf4975-29b8-4041-9cb0-456a56d1fddb
DEVICE=ens33
ONBOOT=yes
IPADDR=192.168.100.100          
NETMASK=255.255.255.0
GATWAY=192.168.100.1

[root@192 ~]# service network start 
Starting network (via systemctl):                          [  確定  ]

第四步:配置R1路由器

R1#conf t
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip add 192.168.100.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#ex
R1(config)#int f0/1
R1(config-if)#ip add 12.0.0.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#ex

第五步:將win 7虛擬機的網卡綁定為VMnet2(僅主機模式),并設定靜態ip地址

1.綁定網卡

2.設定靜態ip

第六步:在R1路由器上配置NAT映射,并開啟debug功能

1.先查看Linux的服務端口號

[root@192 ~]# netstat -ntap | grep 80
tcp6       0      0 :::80                   :::*                    LISTEN      2659/httpd    

2.設定路由器上的NAT映射關系

R1(config)#ip nat inside source static tcp 192.168.100.100 80 12.0.0.100 8080 extendable
R1(config)#int f0/0                                                            
R1(config-if)#ip nat in
R1(config-if)#int f0/1
R1(config-if)#ip nat out
R1(config-if)#end

R1#debug ip nat
IP NAT debugging is on

第七步:使用win 7虛擬機模擬公網主機來訪問私網Linux服務器搭建的服務

R1#
*Mar  1 00:09:18.395: NAT*: TCP s=49163, d=8080->80
*Mar  1 00:09:18.395: NAT*: s=12.0.0.12, d=12.0.0.100->192.168.100.100 [119]
//抓取到端口與地址轉換的過程