Типы трансляторов сетевых адресов (NAT)

Трансляторы адресов подразделяются на 4 типа:
1. Полный конус (Full Cone)
2. Ограниченный конус (Restricted Cone)
3. Порт ограниченного конуса (Port Restricted Cone)
4. Симметричный (Symmetric)

В первых трех типах NATа разные IP-адреса внешней сети могут взаимодействовать с адресом из локальной сети используя один и тот же внешний порт. Четвертый типа, для каждого адреса и порта использует отдельный внешний порт.
NATы не имеют статической таблицы соответствия адресов и портов. Отображение открывается, когда первый пакет посылается из локальной сети наружу через NAT и действует определенный промежуток времени (как правило, 1-3 минуты), если пакеты через этот порт не проходят, то порт удаляется из таблицы соответствия. Обычно NAT распределяют внешние порты динамически, используется диапазон выше 1024.

Полный конус (Full Cone)

При использовании NATа работающего по типу полного конуса внешний отображаемый порт открыт для пакетов приходящих с любых адресов. Если кто-то из внешнего Интернета хочет в этот момент отправить пакет клиенту, расположенному за НАТом, то ему нужно знать только внешний порт через который установлено соединение. Например, компьютер за NATом с IP-адресом 10.0.0.1 посылает и получает пакеты через порт 8000, отображающийся на внешний IP-адрес и порт 212.23.21.25:12345, то любой в Интернете может послать пакеты на этот 212.23.21.25:12345, и эти пакеты попадут на клиентский компьютер 10.0.0.1:8000.

Ограниченный конус (Restricted Cone)

NAT, c ограниченным конусом, открывает внешний порт сразу после того как локальный компьютер отправит данные на определенный внешний IP-адрес. Например, если клиент посылает наружу пакет внешнему компьютеру 1, NAT отображает клиента 10.0.0.1:8000 на 212.23.21.25:12345, и внешний компьютер 1 может посылать пакеты назад по этому назначению. Однако, NAT будет блокировать пакеты идущие от компьютера 2, до тех пор пока клиент не пошлет пакет на IP-адрес этого компьютера. Когда он это сделает, то оба внешних компьютера 1 и 2 смогут посылать пакеты назад клиенту, и оба будут иметь одно и то же отображение через НАТ.

Порт ограниченного конуса (Port Restricted Cone)

NAT с портом ограниченного конуса почти идентичен NATу с ограниченным конусом. Только в этом случае, NAT блокирует все пакеты, если клиент предварительно не послал наружу пакет на IP-адрес и порт того компьютера, который посылает пакеты клиенту. Поэтому, если клиент посылает внешнему компьютеру 1 на порт 5060, то NAT только тогда пропустит пакет к клиенту, когда он идет с 212.33.35.80:5060. Если клиент послал наружу пакеты к нескольким IP-адресам и портам, то они могут ответить клиенту на один и тот же отображенный IP-адрес и порт.

Симметричный (Symmetric)

Симметричный NAT кардинально отличается от первых трех в способе отображения внутреннего IP-адреса и порта на внешний адрес и порт. Это отображение зависит от IP-адреса и порта компьютера, которому предназначен посланный пакет. Например, если клиент посылает с адреса 10.0.0.1:8000 компьютеру 1, то он может быть отображен как 212.23.21.25:12345, в тоже время, если он посылает с того же самого порта (10.0.0.1:8000) на другой IP-адрес, он отображается по-другому (212.23.21.25:12346).

Компьютер 1 может отправить ответ только на 212.23.21.25:12345, а компьютер 2 может ответить только на 212.23.21.25:12346. Если любой из них попытается послать пакеты на порт с которого он не получал пакеты, то эти пакеты будут игнорированы. Внешний IP-адрес и порт открывается только тогда, когда внутренний компьютер посылает данные наружу по определенному адресу.

NAT и Интернет телефония с использованием SIP протокола

Существует три основных проблемы прохождения через NAT звонков с использованием SIP протокола.
1. Наличие локальных адресов в SIP сигнализации.

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.

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. 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 развитее 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 конфигурирован 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.

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 применике, 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

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 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.

NAT (Network address translation) – технология трансляции сетевых адресов. Технология NAT позволила решить наибольшую проблему протокола IPv4: к середине 1990-х годов пространство IPv4-адресов могло быть полностью исчерпано. Если бы технологию NAT не изобрели то, рост Интернета значительно замедлился бы. Конечно, на сегодня создана новая версия протокола IP – IPv6. Данная версия поддерживает огромное количество IP-адресов, что существование NAT – бессмысленно. Однако, до сих пор довольно много организаций используют в своей работе протокол IPv4 и полный переход на IPv6 состоится не скоро. Поэтому есть смысл изучить технологию NAT.

Трансляция сетевых адресов NAT позволяет хосту, не имеющего “белого IP”, осуществлять связь с другими хостами через Интернет. Белый IP-адрес представляет из себя зарегистрированный, уникальный, глобальный IP-адрес в сети Интернет. Есть также “серые IP-адреса”, которые используются в частной сети и не маршрутизируются в сети Интернет. Поэтому необходима технология NAT, которая будет подменять серый IP-адрес на белый. Диапазон “серых IP-адресов” представлен в таблице.

Трансляция NAT заменяет частные IP-адреса открытыми зарегистрированными IP-адресами в каждом пакете протокола IP.

Осуществляя трансляцию NAT, маршрутизатор изменяет IP-адрес отправителя в тот момент, когда пакет покидает частную сеть. Маршрутизатор также изменяет адрес получателя каждого пакета, который возвращается в частную сеть. Программное обеспечение Cisco IOS поддерживает несколько разновидностей трансляции NAT:

1. Статическая трансляция NAT – каждому частному IP-адресу соответствует один публичный IP. При использовании статической трансляции маршрутизатор NAT просто устанавливает взаимно однозначное соответствие между частным и зарегистрированным IP-адресом, от имени которого он выступает.
2. Динамическая трансляция NAT – преобразование внутренних Ip-адресов во внешние происходит динамически. Создается пул возможных публичных IP-адресов и из этого пула динамически выбираются Ip-адреса для преобразования.
3. Трансляция адресов портов PAT – позволяет выполнить масштабирование для поддержки многих клиентов с использованием всего лишь нескольких открытых IP-адресов. PAT транслирует сетевой адрес в зависимости от TCP/UDP-порта получателя.

Рассмотрим более подробно каждый из видов трансляции.

Статическая трансляция NAT делает точное соответствие между частным и публичным Ip-адресом. Рассмотрим на примере.

Провайдер ISP компании назначает ей зарегистрированный номер сети 200.1.1.0. Соответственно маршрутизатор NAT должен сделать так, чтобы этот частный адрес выглядел таким образом, как если бы находился в сети 200.1.1.0. Для этого маршрутизатор изменяет IP-адрес отправителя в пакетах, которые как на рисунке пересылаются слева направо. В данном примере маршрутизатор изменяет частный Ip-адрес 10.1.1.1 на открытый 200.1.1.1. Другому частному адресу 10.1.1.2 соответствует публичный 200.1.1.2. Далее рассмотрим настройку статического NAT в Cisco.

Настройка статической трансляции NAT на оборудовании Cisco по сравнению с другими ее вариантами требует наименьших действий. При этом нужно установить соответствие между локальными (частными) и глобальными (открытыми) IP-адресами. Кроме того, необходимо указать маршрутизатору, на каких интерфейсах следует использовать трансляцию NAT, поскольку она может быть включена не на всех интерфейсах. В частности, маршрутизатору нужно указать каждый интерфейс и является ли он внутренним или внешним.

На схеме видно, что пользователь получил от провайдера адрес 100.0.0.0 сети класса C. Вся эта сеть с маской 255.255.255.0 настроена на последовательном канале между пользователем и Интернетом. Поскольку это двухточечный канал, в данной сети используется только 2 из 254 действительных (возможных) IP-адресов.

Конфигурация для роутера NAT_GW:

NAT_GW>enable NAT_GW#configure terminal - описание интерфейса - задаем шлюз по-умолчанию - описание интерфейса - задаем Ip и маску NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.2 100.0.0.1 NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.3 100.0.0.2 - статическое сопоставление адресов NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.4 100.0.0.3 - статическое сопоставление адресов

Статические соответствия создаются с помощью команды ip nat inside source static . Ключевое слово inside означает, что NAT транслирует адреса для хостов, находящихся во внутренней части сети. Ключевое слово source означает, что NAT транслирует IP-адреса в пакетах, поступающих на ее внутренние интерфейсы. Ключевое слово static означает, что эти параметры определяют статическую запись, которая никогда не удалится из таблицы NAT в связи с истечением периода времени. При создании записей статической трансляции NAT маршрутизатору необходимо знать, какие интерфейсы являются внутренними (inside), а какие внешними (outside). Подкоманды интерфейса ip nat inside и ip nat outside соответствующим образом идентифицируют каждый интерфейс.

Для просмотра важной информации о NAT существует две команды show ip nat translations, show ip nat statistics.

Первая команда выводит три записи статической трансляции NAT, созданной в конфигурации. Вторая команда выводит статистическую информацию, такую, как количество активных в данный момент записей в таблице трансляции. Эта статистика также включает в себя количество повторных попаданий (hit), которое увеличивается на единицу с каждым пакетом, для которого NAT должна транслировать адреса.

Перейдем далее к динамической трансляции сетевых адресов NAT. Динамическая трансляция создает пул возможных глобальных внутренних адресов и определяет критерий соответствия для определения того, какие внутренние глобальные IP-адреса должны транслироваться с помощью NAT. Например, в схеме ниже был установлен пул из пяти глобальных IP-адресов в диапазоне 200.1.1.1 – 200.1.1.5. Трансляция NAT также настроена для преобразования всех внутренних локальных адресов, которые начинаются с октетов 10.1.1

При настройке динамической трансляции NAT на оборудовании Cisco по-прежнему требуется идентификация каждого интерфейса как внутреннего, так и внешнего, но уже не нужно задавать статическое соответствие. Для указания частных IP-адресов, подлежащих трансляции, динамическая трансляция NAT использует списки управления доступом (про них я писал ранее), а также определяет пул зарегистрированных открытых IP-адресов, которые будут выделяться из этого. Итак, алгоритм настройки динамической трансляции:

1. Настроить интерфейсы, которые будут находится во внутренней подсети, с помощью команды ip nat inside.
2. Настроить интерфейсы, которые будут находится во внешней подсети, с помощью команды ip nat outside.
3. Настроить список ACL, соответствующий пакетам, поступающим на внутренние интерфейсы, для которых должна быть применена трансляция NAT
4. Настроить пул открытых зарегистрированных IP-адресов с помощью команды режима глобального конфигурирования ip nat pool имя первый-адрес последний-адрес netmask маска-подсети.
5. Включить динамическую трансляцию NAT, указав в команде глобального конфигурирования ip nat inside source list номер-acl pool имя-пула

Схема будет использоваться такая же как и в прошлый раз. Новая конфигурация для роутера NAT_GW:

NAT_GW>enable - переходим в расширенный режим NAT_GW#configure terminal - переходим в режим конфигурации NAT_GW(config)#interface fa0/0 - настройка интерфейса в сторону частной сети NAT_GW(config-if)#description LAN - описание интерфейса NAT_GW(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 - задаем шлюз по-умолчанию NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#ip nat inside - настраиваем интерфейс как внутренний NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#interface fa0/1 - настройки интерфейса в сторону провайдера NAT_GW(config-if)#description ISP - описание интерфейса NAT_GW(config-if)#ip address 100.0.0.253 255.255.255.0 - задаем Ip и маску NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#ip nat outside - настраиваем интерфейс как внешний NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#ip nat pool testPool 100.0.0.1 100.0.0.252 netmask 255.255.255.0- создаем динамический пул NAT_GW(config)#access-list 1 permit 192.168.1.1 0.0.0.255 - создаем список доступа 1, в котором разрешаем транслировать Ip-адреса из подсети 192.168.1.1/24 NAT_GW(config)#ip nat inside source list 1 pool testPool - включаем динамическую трансляцию NAT_GW(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 100.0.0.254 - статический маршрут в сторону провайдера

Следующий вид трансляции – трансляция адресов портов PAT (Port Address Translation). Про этот вид NAT я расскажу в следующей статье, когда мы будем подключать локальную подсеть к Интернету. Тема довольно большая и важная. PAT является наиболее популярным видом NAT’a.

Поддержите проект

Друзья, сайт Netcloud каждый день развивается благодаря вашей поддержке. Мы планируем запустить новые рубрики статей, а также некоторые полезные сервисы.

У вас есть возможность поддержать проект и внести любую сумму, которую посчитаете нужной.

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

Что такое NAT?

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

Базовая NAT

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

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

Особенности настройки NAT

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

NAT: существующая проблема

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

Масштабируемость

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

NAT: некоторые сложности

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

PAT или Port Address Translation

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

Методы перевода

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

Создание двусторонней связи

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