Как NAT использует один публичный IP

Интернет использует адреса IPv4, которых существует всего около 4,3 миллиарда — намного меньше, чем подключённых к интернету устройств. Невозможно приобрести общедоступный адрес для каждого телефона, ноутбука и устройства.

NAT (трансляция сетевых адресов) — это эффективное решение: он позволяет множеству устройств в частной сети использовать один общедоступный IP-адрес для выхода в интернет, экономя ограниченный запас адресов.

Внутри сетей используются частные диапазоны IP-адресов (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16). Они не маршрутизируются в общедоступном интернете, поэтому не могут напрямую использоваться онлайн.

Общедоступный IP-адрес уникален во всём мире и маршрутизируется в интернете. NAT соединяет эти два мира, преобразуя внутренние частные адреса в общедоступный адрес, который видит интернет, и обратно.

Обычно NAT работает на маршрутизаторе или межсетевом экране на границе сети — там, где частная LAN соединяется с общедоступным интернетом. Ваш домашний маршрутизатор прямо сейчас выполняет NAT.

Этот пограничный device использует один общедоступный адрес, назначенный Вашим ISP, на внешнем интерфейсе, а во внутренней части подключён к частной сети. Он выполняет преобразование адресов для каждого устройства за ним.

Когда внутренний device отправляет пакет в интернет, NAT изменяет адрес источника с частного IP-адреса на общедоступный IP-адрес маршрутизатора. Для сервера назначения кажется, что трафик поступает с общедоступного адреса.

Когда ответ возвращается, NAT изменяет адрес назначения обратно на правильный частный адрес и доставляет пакет нужному внутреннему устройству — всё это происходит прозрачно.

NAT поддерживает таблицу трансляции, сопоставляющую каждый внутренний сеанс с внешним, чтобы ответы можно было вернуть нужному устройству. Без неё маршрутизатор не знал бы, какому внутреннему узлу принадлежит возвращающийся пакет.

Каждая запись содержит внутренний адрес, внешний адрес и идентифицирующие сведения, благодаря чему десятки одновременных подключений могут использовать один общедоступный IP без путаницы.

Существует несколько вариантов NAT:

• Статический NAT: фиксированное однозначное сопоставление одного частного адреса с одним общедоступным.
• Динамический NAT: частные адреса по мере необходимости сопоставляются с пулом общедоступных адресов.
• PAT (трансляция адресов портов): множество устройств используют один общедоступный IP благодаря номерам портов; это самый распространённый вариант в домашних сетях.

NAT создали для экономии адресов, но он также даёт преимущество в безопасности. Поскольку внутренние устройства имеют частные немаршрутизируемые адреса, скрытые за одним общедоступным IP, интернет не может напрямую инициировать с ними подключение.

Это не настоящий межсетевой экран, и полагаться на NAT как на него не следует, но он естественным образом скрывает внутреннюю сеть и по умолчанию блокирует входящий трафик, инициированный извне.

NAT стал необходим из-за нехватки адресов IPv4. IPv6 благодаря огромному адресному пространству предоставляет каждому устройству уникальный глобальный адрес, поэтому традиционный NAT там в основном не нужен.

Тем не менее NAT по-прежнему используется повсеместно, поскольку IPv4 ещё далеко не исчез. Понимать его крайне важно, даже несмотря на постепенный переход мира к богатому адресному пространству IPv6.

Представьте дом с несколькими устройствами, каждое из которых имеет частный адрес, например 192.168.1.10 и 192.168.1.11. Маршрутизатор получает один общедоступный адрес от ISP, например 203.0.113.5.

Когда любое устройство просматривает веб-страницы, маршрутизатор перед отправкой пакета изменяет его частный адрес источника на 203.0.113.5. Все устройства используют в интернете один общедоступный идентификатор, а таблица трансляции маршрутизатора обеспечивает возврат каждого ответа нужному устройству.

NAT не лишён недостатков. Он может нарушать работу протоколов, которые встраивают IP-адреса в свои данные или требуют входящих подключений, например некоторых приложений для голосовой связи (VoIP) и одноранговых приложений.

К обходным решениям относятся перенаправление портов, шлюзы прикладного уровня и протоколы, разработанные для прохождения через NAT. Эти сложности — цена, которую приходится платить за столь длительное использование ограниченного адресного пространства IPv4.

NAT позволяет множеству частных устройств использовать один общедоступный IP, экономя дефицитные адреса IPv4. Он работает на пограничном маршрутизаторе или межсетевом экране, изменяет адреса источника и назначения и отслеживает сеансы в таблице трансляции. Он бывает статическим, динамическим и представлен в форме PAT, даёт побочный эффект для безопасности и в IPv6 в основном не нужен.

Проверьте свои знания основ NAT.

NAT преобразует внутренние частные адреса в общий общедоступный IP и обратно, экономя дефицитное пространство IPv4. Он работает на пограничном маршрутизаторе/межсетевом экране, изменяет адреса и отслеживает потоки в таблице трансляции, используя статическую, динамическую форму или PAT. Он также скрывает внутренние узлы от входящего трафика, инициированного извне, и в IPv6 в основном не нужен.