كيف يشارك NAT عنوان IP عامًا واحدًا

يستخدم الإنترنت عناوين IPv4، ولا يتجاوز عددها نحو 4.3 مليارات عنوان، وهو أقل بكثير من عدد الأجهزة المتصلة بالإنترنت اليوم. ومن المستحيل شراء عنوان عام لكل هاتف وحاسوب محمول وجهاز.

يُعد NAT ‏(Network Address Translation) الحل الذكي لهذه المشكلة؛ إذ يتيح للعديد من الأجهزة على شبكة خاصة مشاركة عنوان IP عام واحد للوصول إلى الإنترنت، مما يحافظ على المورد المحدود.

تستخدم الشبكات private IP ranges ‏(10.0.0.0/8 و172.16.0.0/12 و192.168.0.0/16) داخليًا. ولا يمكن توجيه هذه العناوين عبر الإنترنت العام، لذا لا يمكن استخدامها مباشرة على الإنترنت.

يكون public IP address فريدًا عالميًا وقابلًا للتوجيه عبر الإنترنت. ويربط NAT بين العالمين، إذ يترجم العناوين الداخلية الخاصة إلى العنوان العام الذي يراه الإنترنت والعكس.

يعمل NAT عادةً على router or firewall عند حافة الشبكة، أي عند الحد الفاصل بين LAN الخاصة والإنترنت العام. ويجري موجّهك المنزلي عمليات NAT في الوقت الحالي.

يحتفظ هذا الجهاز الحدّي بالعنوان العام الوحيد (الذي يعيّنه ISP) على واجهته الخارجية، وبالشبكة الخاصة على واجهته الداخلية، وينفذ الترجمة لكل جهاز خلفه.

عندما يرسل جهاز داخلي حزمة إلى الإنترنت، يعيد NAT rewrites the source address من IP الخاص إلى IP العام للموجّه. وبالنسبة إلى خادم الوجهة، يبدو أن حركة المرور واردة من العنوان العام.

وعند عودة الرد، يعيد NAT كتابة الوجهة إلى العنوان الخاص الصحيح، ثم يسلّمها إلى الجهاز الداخلي المناسب، وكل ذلك بشفافية.

يحتفظ NAT بـجدول ترجمة يربط كل محادثة داخلية بمحادثة خارجية، بحيث يمكن إرجاع الردود إلى الجهاز الصحيح. ومن دونه، لن يعرف الموجّه إلى أي مضيف داخلي تنتمي الحزمة العائدة.

يتتبع كل إدخال العنوان الداخلي والعنوان الخارجي وتفاصيل تعريفية، مما يتيح لعشرات الاتصالات المتزامنة مشاركة عنوان IP عام واحد دون التباس.

هناك بضعة أنماط من NAT:

• NAT ثابت: ربط ثابت واحد لواحد بين عنوان خاص واحد وعنوان عام واحد.
• NAT ديناميكي: تُربط العناوين الخاصة بمجموعة من العناوين العامة عند الحاجة.
• PAT (ترجمة عناوين المنافذ): تشارك أجهزة كثيرة عنوان IP عامًا واحدًا باستخدام أرقام المنافذ، وهو الشكل الأكثر شيوعًا في المنازل.

أُنشئ NAT لتوفير العناوين، لكنه يضيف فائدة أمنية. فنظرًا إلى أن الأجهزة الداخلية تستخدم عناوين خاصة غير قابلة للتوجيه ومخفية خلف عنوان IP عام واحد، لا يستطيع الإنترنت بدء اتصال بها مباشرة.

هذا ليس جدارًا ناريًا حقيقيًا، ولا ينبغي الاعتماد عليه باعتباره كذلك، لكنه يحجب الشبكة الداخلية طبيعيًا ويمنع حركة المرور الواردة غير المطلوبة افتراضيًا.

أصبح NAT ضروريًا لأن عناوين IPv4 نادرة. أما IPv6، وبفضل مساحة عناوينه الهائلة، فيمنح كل جهاز عنوانًا عالميًا فريدًا، ولذلك أصبح NAT التقليدي غير ضروري إلى حد كبير معه.

ومع ذلك، لا يزال NAT مستخدمًا في كل مكان لأن IPv4 لم يختفِ بأي حال. ويُعد فهمه أمرًا بالغ الأهمية، حتى مع انتقال العالم ببطء نحو وفرة العناوين التي يوفرها IPv6.

لنتخيل منزلًا يضم عدة أجهزة، لكل منها عنوان خاص مثل 192.168.1.10 و192.168.1.11. ويحتفظ الموجّه بعنوان عام واحد من مزود خدمة الإنترنت، وليكن 203.0.113.5.

عندما يتصفح أي جهاز الويب، يعيد الموجّه كتابة عنوان المصدر الخاص به إلى 203.0.113.5 قبل إرسال الحزمة إلى الخارج. وتشترك جميع الأجهزة في هذه الهوية العامة الوحيدة عبر الإنترنت، بينما يضمن جدول ترجمة الموجّه وصول كل رد إلى الجهاز الصحيح.

لا يخلو NAT من المشكلات. فقد يعطّل البروتوكولات التي تدرج عناوين IP داخل بياناتها أو التي تحتاج إلى اتصالات واردة، مثل بعض تطبيقات الصوت (VoIP) وتطبيقات الند للند.

تشمل الحلول البديلة إعادة توجيه المنافذ، وبوابات طبقة التطبيقات، والبروتوكولات المصممة لاجتياز NAT. وهذه التعقيدات هي الثمن المدفوع لتوسيع مساحة عناوين IPv4 المحدودة إلى هذا الحد.

يتيح NAT لأجهزة خاصة كثيرة مشاركة عنوان IP عامًا واحدًا، مما يحافظ على عناوين IPv4 النادرة. ويعمل على الموجّه أو الجدار الناري الطرفي، فيعيد كتابة عناوين المصدر والوجهة ويتتبع المحادثات في جدول ترجمة. وله أشكال ثابت وديناميكي وPAT، ويضيف أثرًا جانبيًا أمنيًا، ولا تكون الحاجة إليه كبيرة في IPv6.

اختبر أساسيات NAT لديك.

يترجم NAT بين العناوين الداخلية الخاصة وعنوان IP عام مشترك، مما يحافظ على مساحة IPv4 النادرة. ويعمل على الموجّه/الجدار الناري الطرفي، فيعيد كتابة العناوين ويتتبع التدفقات في جدول ترجمة، بأشكال ثابت أو ديناميكي أو PAT. كما يخفي المضيفين الداخليين عن حركة المرور الواردة غير المطلوبة، ولا تكون الحاجة إليه كبيرة في IPv6.