我們了解了和網(wǎng)絡(luò)基本傳輸原理，知道網(wǎng)絡(luò)其實是由各種設(shè)備（如：交換機、路由器、防火墻等）連接在一起的，電腦終端呢是需要分配一個IP地址的。那么理論上我們只要給每臺需要連接網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配一個IP地址，大家就可以互相連接到一起了。起初發(fā)明IP地址的時候是定義為一個32位的地址了，就是2的32次方個IP地址可以利用，當(dāng)初并沒有考慮這世界上會有這么多終端設(shè)備需要連接。導(dǎo)致這IP地址完全夠用啊，那怎么辦，這個時候就有了私有IP地址和公有IP地址的概念。

私有IP地址(private address)也叫專用地址，它們不會在互聯(lián)網(wǎng)上使用，只具有本地意義。因特網(wǎng)分配編號委員會（IANA）保留了3塊IP地址做為私有IP地址：

A類私有地址：10.0.0.0/8，范圍是：10.0.0.0~10.255.255.255

B類私有地址：172.16.0.0/12，范圍是：172.16.0.0~172.31.255.255

C類私有地址：192.168.0.0/16，范圍是：192.168.0.0~192.168.255.255

就是說這類IP地址是只能是在內(nèi)部局域網(wǎng)中使用的，不能在互聯(lián)網(wǎng)上使用，所以我們在查看自己電腦IP的時候大多都是以192.168.X.X開頭的私有IP地址了。那么如果局域網(wǎng)中的設(shè)備需要訪問互聯(lián)網(wǎng)，就必須要用公網(wǎng)IP地址進行訪問了，這個時候就有了NAT技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT（Network Address Translation）是將一個IP地址轉(zhuǎn)換為另一個IP地址的過程。

NAT主要用于實現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（使用私有IP地址）訪問外部網(wǎng)絡(luò)（使用公有IP地址）的功能。當(dāng)內(nèi)網(wǎng)的主機要訪問外網(wǎng)時，通過NAT技術(shù)可以將其私網(wǎng)IP地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)IP地址，可以實現(xiàn)多個私網(wǎng)用戶共用一個公網(wǎng)IP地址來訪問外部網(wǎng)絡(luò)，這樣既可保證網(wǎng)絡(luò)互通，又節(jié)省了公網(wǎng)IP地址。NAT除了解決IP地址短缺的問題，還有兩個好處：

有效避免來自外網(wǎng)的攻擊，可以很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)安全性。

控制內(nèi)網(wǎng)主機訪問外網(wǎng)，同時也可以控制外網(wǎng)主機訪問內(nèi)網(wǎng)，解決了內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)不能互通的問題。

NAT主要有三種類型：

1.Basic NAT

Basic NAT方式屬于一對一的地址轉(zhuǎn)換，在這種方式下只轉(zhuǎn)換IP地址，而不處理TCP/UDP協(xié)議的端口號，一個公網(wǎng)IP地址不能同時被多個私網(wǎng)用戶使用。

Basic NAT實現(xiàn)過程如下：

Router收到內(nèi)網(wǎng)側(cè)Host發(fā)送的訪問公網(wǎng)側(cè)Server的報文，其源IP地址為10.1.1.100。

Router從地址池中選取一個空閑的公網(wǎng)IP地址，建立與內(nèi)網(wǎng)側(cè)報文源IP地址間的NAT轉(zhuǎn)換表項（正反向），并依據(jù)查找正向NAT表項的結(jié)果將報文轉(zhuǎn)換后向公網(wǎng)側(cè)發(fā)送，其源IP地址是162.105.178.65，目的IP地址是211.100.7.34。

Router收到公網(wǎng)側(cè)的回應(yīng)報文后，根據(jù)其目的IP地址查找反向NAT表項，并依據(jù)查表結(jié)果將報文轉(zhuǎn)換后向私網(wǎng)側(cè)發(fā)送，其源IP地址是211.100.7.34，目的IP地址是10.1.1.100。

由于Basic NAT這種一對一的轉(zhuǎn)換方式并未實現(xiàn)公網(wǎng)地址的復(fù)用，不能有效解決IP地址短缺的問題，因此在實際應(yīng)用中并不常用。

2.NAPT

除了一對一的NAT轉(zhuǎn)換方式外，網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT（Network Address Port Translation）可以實現(xiàn)并發(fā)的地址轉(zhuǎn)換。它允許多個內(nèi)部地址映射到同一個公有地址上，因此也可以稱為“多對一地址轉(zhuǎn)換”或地址復(fù)用。NAPT方式屬于多對一的地址轉(zhuǎn)換，它通過使用“IP地址＋端口號”的形式進行轉(zhuǎn)換，使多個私網(wǎng)用戶可共用一個公網(wǎng)IP地址訪問外網(wǎng)。

NAPT實現(xiàn)過程如下：

Router收到內(nèi)網(wǎng)側(cè)Host發(fā)送的訪問公網(wǎng)側(cè)Server的報文。比如收到Host A報文的源地址是10.1.1.100，端口號1025。

Router從地址池中選取一對空閑的“公網(wǎng)IP地址＋端口號”，建立與內(nèi)網(wǎng)側(cè)報文“源IP地址＋源端口號”間的NAPT轉(zhuǎn)換表項（正反向），并依據(jù)查找正向NAPT表項的結(jié)果將報文轉(zhuǎn)換后向公網(wǎng)側(cè)發(fā)送。比如Host A的報文經(jīng)Router轉(zhuǎn)換后的報文源地址為162.105.178.65，端口號16384。

Router收到公網(wǎng)側(cè)的回應(yīng)報文后，根據(jù)其“目的IP地址＋目的端口號”查找反向NAPT表項，并依據(jù)查表結(jié)果將報文轉(zhuǎn)換后向私網(wǎng)側(cè)發(fā)送。比如Server回應(yīng)Host A的報文經(jīng)Router轉(zhuǎn)換后，目的地址為10.1.1.100，端口號1025。

3.NAT Server

NAT具有屏蔽內(nèi)部主機的作用，但有時內(nèi)網(wǎng)需要向外網(wǎng)提供服務(wù)，比如提供WWW服務(wù)或者FTP服務(wù)。這種情況下需要內(nèi)網(wǎng)的服務(wù)器不被屏蔽，外網(wǎng)用戶可以隨時訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器。NAT Server可以很好地解決這個問題，當(dāng)外網(wǎng)用戶訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器時，它通過事先配置好的“公網(wǎng)IP地址+端口號”與“私網(wǎng)IP地址+端口號”間的映射關(guān)系，將服務(wù)器的“公網(wǎng)IP地址+端口號”根據(jù)映射關(guān)系替換成對應(yīng)的“私網(wǎng)IP地址+端口號”。

NAT Server的地址轉(zhuǎn)換過程如下：

在Router上配置NAT Server的轉(zhuǎn)換表項。

Router收到公網(wǎng)用戶發(fā)起的訪問請求，設(shè)備根據(jù)該請求的“目的IP209.102.1.68+端口號80”查找NAT Server轉(zhuǎn)換表項，找出對應(yīng)的“私網(wǎng)IP192.168.1.68+端口號80”，然后用查找結(jié)果替換報文的“目的IP+端口號”。

Router收到內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的回應(yīng)報文后，根據(jù)該回應(yīng)報文的“源IP地址192.168.1.68＋源端口號80”查找NAT Server轉(zhuǎn)換表項，找出對應(yīng)的“公網(wǎng)IP209.102.1.68+端口號80”，然后用查找結(jié)果替換報文的“源IP地址＋源端口號”。