К локальным IP-адресам относятся следующие диапазоны адресов: 10.ххх.ххх.ххх, 192.168.ххх.ххх, 172.16.ххх.ххх - 172.32.ххх.ххх.
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.
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.
Доброго времени суток, дорогие читатели! Ну, что давайте про NAT .
Сегодня затронем подробнее тему несколько болезненную и довольно непонятную, но более непонятную, чем болезненную.
В большей степени эта проблема касается тех, кто играет в многопользовательские игры и коротко эта проблема звучит примерно так: "ПОЧЕМУ КО МНЕ НИКТО НЕ ЗАХОДИТ?". Для других эта проблема выглядит несколько иначе, а именно:
- Почему не качает торрент?
- Почему пользователи/друзья/знакомые/неизвестные личности не могут подключиться к FTP, WEB, VOIP (TS, Mamble , ведро) и прочим серверам, которые вы так долго пытались настроить и даже проверяли что у вас все работает?
- Почему ваш личный домашний сервер пустует? Может это вселенский заговор?
Но, однако, нет никакого заговора, виновник всех этих бед находится рядом с вами и хитро подмигивает вам лампочками, а зовут его... роутер, да-да, тот самый, который раздает вам интернет на все ваши (и может быть соседские) девайсы.
Если коротко, то пользователи из интернета просто не могут к вам подключиться, потому что ваш роутер их не пускает, но он делает это не просто из прихоти, а потому, что не знает о том, что все эти люди хотят подключиться именно к вам. Вот он и думает, что они что-то хотят от него самого.
Да, только что я вам обрисовал для чего нужен NAT . А теперь о том, что это такое.
Общее определение
NAT (Network Address Translation) - это такой механизм, который позволяет роутеру определять какие сервисы находятся за роутером и должны быть доступны из интернета, чтобы пользователи оттуда могли этими сервисами пользоваться (определение из вики я брать не стал, т.к. оно заумное и не всем понятное).
NAT присутствует во всех роутерах и серверных операционках в том или ином виде. В роутерах это обычно называется port forwarding , в линуксах iptables , на виндовых серверах - в специальной оснастке. А теперь давайте поговорим о различных типах NAT .
Тип первый, Static NAT
Static NAT не требуется для дома, а нужен в том случае, если провайдер выделил несколько IP адресов (внешние или "белые" адреса) вашей компании, и вам нужно, чтобы некоторые серверы всегда были видны из интернета, при этом их адреса бы не менялись.
Т.е. происходит преобразование адресов 1-1 (один внешний IP назначается одному внутреннему серверу). При такой настройке ваши серверы всегда будут доступны из интернета на любом порту.
- Преимущество такого метода в том, что вы открываете доступ из интернета именно для определенной программы на определенном компьютере/сервере, все остальные порты компьютера/сервера остаются закрытыми;
- Недостаток в том, что требуется все порты открывать вручную (иногда программы делают это за вас при помощи технологии UPnP , но такое бывает не всегда).
Послесловие
Получилось несколько сумбурно, да и тема довольно непростая, но надеюсь теперь при слове NAT вас не будет бросать в дрожь:)
Как и всегда, если есть какие-то вопросы, мысли, дополнения и всё такое прочее, то добро пожаловать в комментарии к этой записи.
PS : За существование статьи отдельное спасибо другу проекта и члену нашей команды под ником “barn4k“
Стремительный рост сети Интернет, в скором времени после ее появления, принес проблема нехватки адресов. Сейчас это частично решается внедрением нового протокола IPv6, который обеспечит в разы больше доступных адресов для сетевых узлов. Но одним обновлением протокола не обойтись. Была придумана технология NAT, которая позволяла узлам из частной сети, подключаться к Интернет, используя всего один внешний ip адрес. Таким образом масштабирование частных локальных сетей стало намного проще, при попытке подключения их к Интернет . Сейчас мы подробно разберем технологию NAT.
Как работает NAT
Давайте для примера представим, что у нас есть локальная сеть, включающая в себя 3 рабочих станции. Мы решили подключить Интернет. Провайдер выделил нам 1 внешний , который мы должны прописать в настройках нашего маршрутизатора. В итоге мы получим следующую картинку.
Наши три компьютера будут объединены в локальную сеть с адресацией "192.168.. "
Вот так это будет выглядеть:
- Маршрутизатор - 192.168.1.1
- Компьютер 1 - 192.168.1.2
- Компьютер 2 - 192.168.1.3
- Компьютер 3 - 192.168.1.4
Если вы уже знакомы с основами локальных сетей, то должны знать, что в настройках сетевых карт, в поле "Шлюз по умолчанию", для наших компьютеров должно стоять значение 192.168.1.1. Таким образом, все запросы, которые не принадлежат нашей локальной сети, мы должны отправлять на наш маршрутизатор. Проще говоря, все запросы в Интернет, будут перенаправлены на него.
Как мы уже отметили, внешний ip у нас всего один. Вот здесь и начинается самое интересное. Как три компьютера с разными ip-адресами, смогут выходить в интернет, при наличии одного внешнего адреса?
Тут на помощь и придет технология NAT.
Как вы видите, внутри сети все узлы имеют адреса в одной подсети. Это позволяет им реализовать передачу данных. В том случае, если запрос будет направлен в интернет, он будет передан на внутренний интерфейс маршрутизатора. Затем используя технологию NAT, данные будут слегка изменены. Им будет назначен внешний IP адрес. И после этого пакеты уйдут в сеть.
Наверняка вы уже понимаете принцип работы технологии трансляции сетевых адресов. С ее помощью, всем внутренним адресам сети назначается единый внешний адрес. Это позволяет при наличии единственного внешнего адреса, выходить в сеть нескольким компьютерам одновременно.
На что здесь следует обратить внимание. Во первых, не обязательно должен быть всего один внешний адрес. Их может быть несколько.
Во вторых, использование технологии NAT накладывает некоторые ограничения, связанные с блокировкой по IP. Это проявляется при попытке доступа к ресурсу, на котором подключаться можно только одному хосту с одного ip. В том случае, если кто-то из вашей сети уже подключен к нему, вам не удастся установить соединение.
Терминология
Чтобы понимать принцип трансляции сетевых адресов, давайте разберемся с основными терминами.
Это первый тип реализации данной технологии.
При этом, каждый внутренний адрес маршрутизатор переделывает во внешний, ориентируясь на записях в таблице маршрутизации. Соответствия должны быть настроены заранее, во время конфигурирования маршрутизатора.
Настройка на маршрутизаторах Cisco
- Заходим в настройки интерфейса, который будет находиться во внутренней части сети, и применяем команду ip nat inside
- Далее для внешнего интерфейса команда ip nat outside
- Далее в режиме глобальной конфигурации нам нужно вручную задать соответствие для адресов. Используем команду ip nat inside source static inside-local inside-global . Где "inside-local " - внутренний локальный адрес, "inside-global " - внутренний глобальный
Динамическая NAT
Данная реализация схожа со статической трансляцией. Разница в том, что процесс преобразования адресов происходит в динамическом режиме, на основе настроенных ранее параметров. Теперь нет статической таблицы маршрутизации. В таблицу заносятся соответствия, которые активируются в момент передачи пакетов. В том случае, если все настроенные параметры соответствуют.
Для настройки вам нужно задать пул внешних адресов, которые будут использовать для транслирования. А также задать пул внутренних адресов, создав для них новый .
Настройка
- Задаем ip nat inside для внутренних интерфейсов
- Ip nat outside для внешних
- Создаем ACL со списком внутренних адресов, которые должны участвовать в трансляции
- Создаем пул внешних адресов. В режиме глобального конфигурирования применяем команду ip nat pool name first-address last-address mask subnet mask . Где "name " - имя для пула, "first-address " начальный адрес, "last-address " - последний адрес, "subnet mask " - маска подсети
- Включаем динамическую трансляцию адресов NAT. ip nat source list acl-number pool pool-name . Где "acl-number " - созданный ранее список контроля доступа, "pool-name " - пул адресов.
PAT - трансляция на основе портов
В любом случае, количество доступных внешних адресов ограничено. Как же еще более масштабировать большую локальную сеть, чтобы получить возможность выхода в интернет всех ее узлов? Уже ясно, что и статическая и динамическая NAT, потребует для этого большое количество внешних адресов. Но этот вариант нам не подходит.
Здесь на помощь приходит третья реализация NAT - трансляция на основе портов PAT. Суть ее в том, что в дополнение к связке "адрес - адрес", добавляется связка "адрес - порт". Таким образом, маршрутизатор может активировать соединение не только с использованием IP-адреса, но и с использованием уникального номера порта.
С учетом того, что для нумерации портов используется 16-бит, то одновременно может быть активно более 65 тысяч соединений.
Настройка
Весь процесс настройки аналогичен конфигурированию динамической маршрутизации. В том случае, если мы хотим включить PAT, нам нужно добавить ключевое слово overload в команду настройки. В итоге она будет выглядеть вот так:
ip nat source list acl-number interface interface name/ number overload
Видео к статье :
Заключение
Использование технологии NAT позволяет реализовать доступ в Интернет, для любой локальной сети. При этот вам понадобится только один внешний IP-адрес. Это наиболее часто используемый вариант - зачастую провайдеры предлагают именно такие тарифы для домашних пользователей, или небольших офисов.
Зачем искать информацию на других сайтах, если все собрано у нас?
- Пошаговая
