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.

В наших квартирах все больше и больше появляется разных цифровых устройств — ноутбуков, планшетов и смартфонов. Пока компьютер в квартире был один и подключен напрямую к сети провайдера — не возникало вопросов. А теперь, когда перед Вами встала проблема — как подключить теперь новый ноутбук или планшет к Интернету. Вот тут на помощь и приходит технология NAT . В чем суть технологии NAT?
NAT — Network Address Translation — в переводе на русский звучит примерно так: «преобразование сетевых адресов». NAT - это механизм в сетях TCP/IP, который позволяет преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов.
Если выражаться простым языком — то если есть несколько компьютеров в локальной сети, то благодаря технологии NAT все они могут выходить во внешнюю сеть Интернет используя при этом один внешний айпи адрес (IP ).

Что такое IP-адрес?

Маршрутизатор — роутер — работает на третьем уровне системы OSI, соответственно используется протокол IP — маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети. В соответствии с имеющимися правилами — всем устройствам в сети назначаются IP-адреса (Ай-Пи адреса ) — уникальные сетевые идентификаторы адреса узла. Используется 2 типа IP-адресов — серые и белые . Серые адреса — это часть адресного пространства, выделенная под локальную сеть — подсети IP-адресов 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 или 192.168.0.0/16 . Все остальные подсети используются в сети Интернет и являются белыми IP-адресами.

Как обеспечить общий доступ в Интернет для устройств в сети.

Для того, чтобы подключить к Интернет все устройства в локальной сети Вам понадобиться роутер . Роутер — это устройство, которое умеет подключаться через сеть провайдера к Интернет и раздавать его на подключенные устройства благодаря тому, что у него есть как минимум 4 LAN-порта и Wi-Fi модуль . Не путайте роутер с простым Ethernet-свитчем, который по сути является тупым «разветвителем» сети. Благодаря тому, что на роутере установлена операционная UNIX-подобная система, на устройстве можно поднимать различные сервисы, в том числе и сервис NAT . Для этого при настройке роутера ставиться галочка Enable NAT .

А дальше роутер на каждый запрос, который через него проходит, ставит определенную метку, содержащую данные о отправителе в локальной сети. Когда на этот запрос приходит ответ, роутер по метке определяет к какому IP-адресу в локальной сети отправить пакет. Вот собственно и весь принцип работы технологии NAT в двух словах .

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.

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.

Про принципы работы протокола NAT (Network Address Translation) и теперь настало время рассмотреть его настройку на оборудовании Cisco .

Настройка статического NAT (Static NAT)

Напомним, что статический NAT представляет собой сопоставление внутреннего и внешнего адреса один к одному. Он позволяет внешним устройствам инициировать подключения к внутренним с использованием статически назначенного общего адреса.

Например, внутренний веб-сервер может быть сопоставлен с определенным внутренним глобальным адресом, чтобы он был доступен из внешних сетей.

На схеме показана внутренняя сеть, содержащая веб-сервер с частным адресом IPv4. Маршрутизатор сконфигурирован со статическим NAT, чтобы позволить устройствам из внешней сети обращаться к веб-серверу. Клиент из внешней сети обращается к веб-серверу с использованием общедоступного IPv4-адреса. Статический NAT переводит общедоступный IPv4-адрес в частный.

При настройке статических трансляций NAT выполняются две основные задачи:

1. Создание сопоставления между внутренним локальным (inside local ) адресом и внутренними глобальными (inside global ) адресами. Например, внутренний локальный адрес 192.168.1.5 и внутренний глобальный адрес 208.165.100.5 на схеме настроены как статическая NAT трансляция.
2. После того как сопоставление настроено, интерфейсы, участвующие в трансляции должны быть настроены как внутренние (inside ) и наружные (outside ) относительно NAT. На схеме интерфейс маршрутизатора Serial 0/0/0 является внутренним, а Serial 0/1/0 – внешним.

Пакеты, поступающие на внутренний интерфейс маршрутизатора Serial 0/0/0 из настроенного внутреннего локального адреса IPv4 (192.168.1.5), транслируются и затем перенаправляются во внешнюю сеть. Пакеты, поступающие на внешний интерфейс Serial 0/1/0, адресованные настроенному внутреннему глобальному адресу IPv4 (208.165.100.5), переводятся на внутренний локальный адрес (192.168.1.5) и затем перенаправляются внутрь сети.

Настройка проходит в несколько шагов:

1. Создать статическую трансляцию между внутренним локальным и внешним глобальным адресами. Для этого используем команду ip nat inside source static [локальный _IP глобальный_IP] . Чтобы удалить трансляцию нужно ввести команду no ip nat inside source static . Если нам нужно сделать трансляцию не адреса в адрес, а адреса в адрес интерфейса, то используется команда ip nat inside source static [локальный _IP тип_интерфейса номер_интерфейса] .
2. Определим внутренний интерфейс. Сначала зайти в режим конфигурации интерфейса, используя команду interface[тип номер] и ввести команду ip nat inside
3. Таким же образом определить внешний интерфейс, используя команду ip nat outside

Router(config)# ip nat inside source static 192.168.1.5 208.165.100.5 Router(config)# interface serial0/0/0 Router(config-if)#ip nat inside Router(config-if)#exit Router(config)# interface serial0/1/0 Router(config-if)#ip nat outside

В результате трансляции будут проходить так:

1. Клиент хочет открыть соединение с веб-сервером. Клиент отправляет пакет на веб-сервер, используя общедоступный IPv4-адрес назначения 208.165.100.5. Это внутренний глобальный адрес веб-сервера.
2. Первый пакет, который роутер получает от клиента на внешнем интерфейсе NAT, заставляет его проверять свою таблицу NAT. Адрес IPv4 адресата находится в таблице NAT он транслируется.
3. Роутер заменяет внутренний глобальный адрес назначения 208.165.100.5 внутренним локальным 192.168.1.5 и пересылает пакет к веб-серверу.
4. Веб-сервер получает пакет и отвечает клиенту, используя внутренний локальный адрес источника 192.168.1.5.
5. Роутер получает пакет с веб-сервера на свой внутренний интерфейс NAT с адресом источника внутреннего локального адреса веб-сервера, 192.168.1.5. Он проверяет NAT таблицу для перевода внутреннего локального адреса во внутренний глобальный, меняет адрес источника с 192.168.1.5 на 208.165.100.5 и отправляет его из интерфейса Serial 0/1/0 в сторону клиента
6. Клиент получает пакет, и обмен пакетами продолжается. Роутер выполняет предыдущие шаги для каждого пакета.

Проверка статического NAT

Полезной командой для проверки работы NAT является команда show ip nat translations . Эта команда показывает активные трансляции NAT. Статические переводы, в отличие от динамических переводов, всегда находятся в таблице NAT.

Router#show ip nat translations Pro Inside global Inside local Outside local Outside global --- 208.165.100.5 192.168.1.5 208.165.100.70 208.165.100.70

Другой полезной командой является команда show ip nat statistics . Она отображает информацию об общем количестве активных переводов, параметрах конфигурации NAT, количестве адресов в пуле и количестве адресов, которые были выделены.

Router#show ip nat statistics Total active translations: 1 (1 static, 0 dynamic; 0 extended) Peak translations: 2, occurred 00:00:21 ago Outside interfaces: Serial0/1/0 Inside interfaces: Serial0/0/0 Hits:7 Misses:0

Чтобы убедиться, что трансляция NAT работает, лучше всего очистить статистику из любых прошлых переводов, используя команду clear ip nat statistics перед тестированием.

Настройка динамического NAT (Dynamic NAT)

В то время пока статический NAT постоянное сопоставление между внутренним локальным и внутренним глобальным адресом, динамический NAT позволяет автоматически сопоставлять внутренние локальные и глобальные адреса (которые обычно являются публичными IP-адресами). Динамический NAT использует группу или пул публичных адресов IPv4 для перевода. Динамический NAT, как и статический NAT, требует настройки внутреннего и внешнего интерфейсов, участвующих в NAT.

Рассмотрим на примере этой схемы. Мы тут имеем внутреннюю сеть с двумя подсетями 192.168.1.0/24 и 192.168.2.0/24 и пограничным маршрутизатором, на котором настроен динамический NAT с пулом публичных адресов 208.165.100.5 - 208.165.100.15.

Пул публичных адресов (inside global address pool ) доступен для любого устройства во внутренней сети по принципу «первым пришел – первым обслужили». С динамическим NAT один внутренний адрес преобразуется в один внешний адрес. При таком типе перевода должно быть достаточно адресов в пуле для одновременного предоставления для всех внутренних устройств, которым необходим доступ к внешней сети. Если все адреса в пуле были использованы, то устройство должно ждать доступного адреса, прежде чем оно сможет получить доступ к внешней сети.

Рассмотрим настойку по шагам:

1. Определить пул которые будут использоваться для перевода, используя команду ip nat pool [имя начальный_ip конечный_ip] . Этот пул адресов обычно представляет собой группу публичных общедоступных адресов. Адреса определяются указанием начального IP-адреса и конечного IP-адреса пула. Ключевые слова netmask или prefix-length указывают маску.
2. Нужно настроить стандартный access-list (ACL) , чтобы определить только те адреса, которые будут транслироваться. Введем команду . Про стандартные access-list’ы можно прочитать в этой (а про расширенные в ). ACL который разрешает очень много адресов может привести к непредсказуемым результатам, поэтому в конце листа есть команда deny all .
3. Необходимо привязать ACL к пулу, и для этого используется команду ip nat inside source list [номер_ACL] number pool [название_пула] . Эта конфигурация используется маршрутизатором для определения того, какие устройства (список) получают адреса (пул).
4. Определить, какие интерфейсы находятся внутри, по отношению к NAT, то есть любой интерфейс, который подключен к внутренней сети.
5. Определить, какие интерфейсы находятся снаружи, по отношению к NAT, то есть любой интерфейс, который подключен к внешней сети.

Router(config)# ip nat pool MerionNetworksPool 208.165.100.5 208.165.100.15 netmask 255.255.255.0 Router(config)# access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.255.255 Router(config)#ip nat inside source list 1 pool MerionNetworksPool Router(config)# interface serial0/0/0 Router(config-if)#ip nat inside Router(config-if)#exit Router(config)# interface serial0/1/0 Router(config-if)#ip nat outside

Как это будет работать на нашей схеме:

1. Компьютеры с адресами 192.168.1.10 и 192.168.2.10 отправляют пакеты в сторону сервера по публичному адресу 208.165.100.70
2. Маршрутизатор принимает первый пакет от хоста 192.168.1.10. Поскольку этот пакет был получен на интерфейсе, сконфигурированном как внутренний интерфейс NAT, маршрутизатор проверяет конфигурацию NAT, чтобы определить, должен ли этот пакет быть транслирован. ACL разрешает этот пакет, и роутер проверяет свою таблицу NAT. Поскольку для этого IP-адреса нет записи трансляции, роутер определяет, что исходный адрес 192.168.1.10 должен быть переведен динамически. R2 выбирает доступный глобальный адрес из пула динамических адресов и создает запись перевода, 208.165.200.5. Исходный IPv4-адрес источника (192.168.1.10) является внутренним локальным адресом, а переведенный адрес является внутренним глобальным адресом (208.165.200.5) в таблице NAT. Для второго хоста 192.168.2.10 маршрутизатор повторяет эту процедуру, выбирая следующий доступный глобальный адрес из пула динамических адресов, создает вторую запись перевода - 208.165.200.6.
3. После замены внутреннего локального адреса источника в пакетах маршрутизатор перенаправляет пакет.
4. Сервер получает пакет от первого ПК и отвечает, используя адрес назначения 208.165.200.5. Когда сервер получает пакет от второго ПК, то в ответе в адресе назначения будет стоять 208.165.200.6.
5. Когда роутер получает с адресом назначения 208.165.200.5, то он выполняет поиск в таблице NAT и переводит адрес назначения во внутренний локальный адрес 192.168.1.10 и направляет в сторону ПК. То же самое происходит с пакетом, направленным ко второму ПК.
6. Оба ПК получают пакеты, и обмен пакетами продолжается. Для каждого следующего пакета выполняются предыдущие шаги.

Проверка динамического NAT

Для проверки также используется команда show ip nat отображает все статические переводы, которые были настроены, и любые динамические переводы, которые были созданы трафиком. Добавление ключевого слова verbose отображает дополнительную информацию о каждом переводе, включая то, как давно запись была создана и использовалась. По умолчанию данные о переводах истекают через 24 часа, если таймеры не были переконфигурированы с помощью команды ip nat translation timeout [время_в_секундах] в режиме глобальной конфигурации.

Чтобы очистить динамические записи до истечения времени ожидания, можно использовать команду clear ip nat translation . Полезно очищать динамические записи при тестировании конфигурации NAT. Эту команду можно использовать с ключевыми словами и переменными, чтобы контролировать, какие записи очищаются. Конкретные записи можно очистить, чтобы не прерывать активные сеансы. Только динамические переводы удаляются из таблицы. Статические переводы не могут быть удалены из таблицы.

Также можно использовать команду show ip nat statistics которая отображает информацию об общем количестве активных переводов, параметрах конфигурации NAT, количестве адресов в пуле и количестве переведенных адресов.

Поскольку у нас здесь используются листы контроля доступа ACL, то для их проверки можно использовать команду show access-lists .

Настройка Port Address Translation (PAT)

PAT (также называемый NAT overload ) сохраняет адреса во внутреннем глобальном пуле адресов, позволяя маршрутизатору использовать один внутренний глобальный адрес для многих внутренних локальных адресов. Другими словами, один открытый IPv4-адрес может использоваться для сотен и даже тысяч внутренних частных IPv4-адресов. Когда несколько внутренних локальных адресов сопоставляются с одним внутренним глобальным адресом, номера портов TCP или UDP каждого внутреннего узла различают локальные адреса.

Общее количество внутренних адресов, которые могут быть переведены на один внешний адрес, теоретически может составлять 65 536 на каждый IP-адрес. Однако на практике число внутренних адресов, которым может быть назначен один IP-адрес, составляет около 4000.

Существует два способа настройки PAT, в зависимости от того, как провайдер выделяет общедоступные IPv4-адреса. В первом случае интернет-провайдер выделяет более одного публичного IPv4-адреса организации, а в другом он выделяет один общедоступный IPv4-адрес, который требуется для организации для подключения к интернет-провайдеру.

Настройка PAT для пула публичных IP-адресов

Если нам доступно более одного общедоступного IPv4-адреса, то эти адреса могут быть частью пула, который используется PAT. Это похоже на динамический NAT, за исключением того, что в этом случае недостаточно общих адресов для взаимного сопоставления внутренних адресов. Небольшой пул адресов распределяется между большим количеством устройств.

Основное различие между этой конфигурацией и конфигурацией для динамического NAT, заключается в том, что используется ключевое слово overload , которое включает PAT.

Рассмотрим настойку PAT для пула адресов по шагам:

1. Определить пул адресов глобальных адресов, которые будут использоваться для PAT трансляции, используя команду ip nat pool [имя начальный_ip конечный_ip] netmask [маска] | prefix-length [длина_префикса] .
2. Создать стандартный access-list, разрешающий адреса, которые должны быть переведены. Используется команда access-list [номер_ACL] permit source .
3. Включим PAT, используя волшебное слово Overload . Вводим команду ip nat inside source list [номер_ACL] number pool [название_пула] overload .
4. Определяем, какие интерфейсы находятся внутри, по отношению к NAT, а какие снаружи. Используем команду ip nat inside и ip nat outside

Пример настройки для схемы, что использовалась ранее, только теперь мы будем использовать PAT:

Router(config)# ip nat pool MerionNetworksPool2 208.165.100.5 208.165.100.15 netmask 255.255.255.0 Router(config)# access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.255.255 Router(config)#ip nat inside source list 1 pool MerionNetworksPool2 overload Router(config)# interface serial0/0/0 Router(config-if)#ip nat inside Router(config-if)#exit Router(config)# interface serial0/1/0 Router(config-if)#ip nat outside

Настройка PAT для одного публичного IPv4-адреса

На схеме показана топология реализации PAT для трансляции одного IP публичного адреса. В этом примере все хосты из сети 192.168.0.0/16 (соответствующие ACL), которые отправляют трафик через маршрутизатор, будут переведены на адрес IPv4 208.165.99.225 (адрес IPv4 интерфейса S0 /1/0). Трафик будет идентифицироваться по номерам портов в таблице NAT.

Настройка:

1. Создать лист access-list разрешающий адреса, которые нужно транслировать – access-list [номер_ACL] permit source .
2. Настроить преобразование адреса источника в адрес интерфейса, через команду ip nat inside source list [номер_ACL] interface [тип номер] overload
3. Определить внешние и внутренние интерфейсы через команды ip nat inside и ip nat outside .

Конфигурация похожа на динамический NAT, за исключением того, что вместо пула адресов мы используем адрес интерфейса с вешним IP адресом. NAT пул не определяется.

Пример: Router(config)# access-list 1 permit 192.168.0.0 0.0.255.255 Router(config)# ip nat source list 1 interface serial0/1/0 overload Router(config)# interface serial0/0/0 Router(config-if)#ip nat inside Router(config-if)#exit Router(config)# interface serial0/1/0 Router(config-if)#ip nat outside

Процесс PAT не изменятся при использовании одного адреса, или пула адресов.

Рассмотрим процесс PAT по шагам:

1. На схеме два разных ПК связываются с двумя разными веб-серверами. Первый ПК имеет адрес источника 192.168.1.10 и использует TCP порт 1444, а второй ПК имеет адрес источника 192.168.2.10 и по совпадению использует то же TCP порт 1444
2. Пакет с первого ПК сначала достигает роутера и он, используя PAT, изменяет исходный IPv4-адрес на 208.165.99.225 (inside global address ). В таблице NAT нет других устройств с портом 1444, поэтому PAT использует тот же номер порта и пакет отправляется в направлении сервера по 208.165.101.20.
3. Далее пакет со второго компьютера поступает в маршрутизатор, где PAT настроен на использование одного глобального IPv4-адреса для всех переводов - 208.165.99.225. Подобно процессу перевода для первого ПК, PAT изменяет исходящий адрес второго ПК на внутренний глобальный адрес 208.165.99.225. Однако второй ПК имеет тот же номер порта источника, что и текущая запись PAT первого ПК, поэтому PAT увеличивает номер порта источника до тех пор, пока он не станет уникальным в своей таблице. В этом случае запись исходного порта в таблице NAT и пакет для второго ПК получает 1445 порт. Хотя оба ПК используют один и тот же внутренний глобальный адрес 208.165.99.225 и тот же номер порта источника – 1444, измененный номер порта для второго ПК (1445) делает каждую запись в таблице NAT уникальной. Это станет очевидным при отправке пакетов с серверов обратно клиентам.
4. Сервера отвечают на запросы от компьютеров, и используют исходный порт из принятого пакета в качестве порта назначения и исходный адрес как адрес назначения. Может казаться, что они общаются одним и тем же хостом по адресу 208.165.99.225, однако, это не так – они имеют разные порты.
5. Когда пакеты возвращаются на роутер, он находит уникальную запись в своей таблице NAT с использованием адреса назначения и порта назначения каждого пакета. В случае пакета от первого сервера адрес назначения 208.165.99.255 имеет несколько записей, но только одну с портом назначения 1444. Используя эту запись в своей таблице, роутер изменяет адрес IPv4 адресата пакета на 192.168.1.10, не меняя порт назначения. Затем пакет перенаправляется на первый ПК
6. Когда пакет от второго сервера прилетает на маршрутизатор, он выполняет аналогичный перевод. Адрес IPv4 назначения 208.165.99.225 имеет несколько записей, однако используя порт назначения 1445, роутер может однозначно идентифицировать запись трансляции. Адрес IPv4 назначения будет изменен на 192.168.2.10 и в этом случае порт назначения также должен быть изменен до исходного значения 1444, которое хранится в таблице NAT. После этого пакет высылается на второй ПК

Проверка Port Address Translation (PAT)

Для проверки PAT используются такие же команды, что и для обычного NAT. Команда show ip nat translations отображает переводы IP адресов вместе с портами и команда show ip nat statistics показывает информацию о количестве и типе активных переводов, параметрах конфигурации NAT, количестве адресов в пуле и количестве выделенных адресов.

Router#show ip nat statistics Total active translations: 2 (0 static, 2 dynamic; 2 extended) Peak translations: 2, occurred 00:00:07 ago Outside interfaces: Serial0/1/0 Inside interfaces: Serial0/0/0 Hits:4 Misses:0 CEF Translated packets: 4, CEF Punted packets:0 Expired translations: 0 Dynamic mappings: -- Inside Source access-list 1 pool MerionNetworksPool2 refcount 2 pool MerionNetworksPool2: netmask 255.255.255.0 start 208.165.100.5 end 208.165.100.15 type generic, total addressers 10, allocated 1(10%), misses 0 Total doors: 0 Appl doors: 0 Normal doors: 0 Queued Packets: 0

Также для поиска проблем можно использовать дебаг, который запускается командой debug ip nat , который отображает информацию о каждом пакете, который транслируется маршрутизатором. Также можно использовать команду debug ip nat detailed , которая генерирует описание каждого пакета. Эта команда также предоставляет информацию о различных ошибках, например, таких как неспособность выделить глобальный адрес. Однако эта команда более требовательна к ресурсам устройства.

Router#debug ip nat IP NAT debugging is on Router# *Aug 24 16:20:331:670: NAT*: s=192.168.1.10->208.165.99.225 d=208.165.101.20 *Aug 24 16:20:331:682: NAT*: s=208.165.101.20 d=208.165.99.225 ->192.168.1.10 *Aug 24 16:20:331:698: NAT*: s=192.168.1.10->208.165.99.225 d=208.165.101.20 *Aug 24 16:20:331:702: NAT*: s=192.168.1.10->208.165.99.225 d=208.165.101.20 *Aug 24 16:20:331:710: NAT*: s=208.165.101.20 d=208.165.99.225 ->192.168.1.10

В выводе используются следующие символы и значения:

• * (звездочка) – звездочка с NAT указывает, что перевод происходит по пути с быстрым переключением (fast-switched path). Первый пакет в разговоре всегда медленнее, остальные пакеты проходят путь с быстрым переключением.
• s= - IP адрес источника
• a.b.c.d ? w.x.y.z - это значение указывает, что адрес источника a.b.c.d переводится на w.x.y.z.
• d= - IP адрес назначения
• - значение в скобках - это идентификационный номер IP.

Полезна ли Вам эта статья?

Пожалуйста, расскажите почему?

Нам жаль, что статья не была полезна для вас:(Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!