云小课 | 网络知识一箩筐——NAT网关,让IP地址华丽变身,轻松实现内外网互通

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摘要: 网络知识一箩筐:搜集分享网络基础知识,轻松掌握华为云网络服务。本篇分享NAT网关的相关知识,助您快速理解。

本文分享自华为云社区《【云小课】基础服务第71课 网络知识一箩筐——NAT网关,让IP地址华丽变身,轻松实现内外网互通》,原文作者:阅识风云
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在我们使用华为云服务时,经常会用到NAT网关。那么NAT网关到底是什么呢?NAT网关有什么作用呢?

本节云小课为您解惑NAT网关,供大家学习参考~

网关:

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关就是一个网络连接到另一个网络的“关口”,也就是网络关卡。网关在网络层以上实现网络互连,是复杂的网络互连设备,仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。

  • 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。
  • 网关是一个翻译器,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求。
  • 网关同时也可以提供过滤和安全功能。

网关就像我们居住小区的大门,小区就是一个局域网,住户就像局域网中的主机。在小区里的住户很方便的就可以送东西到别的住户家,不需要出大门,相应的同一局域网下的主机发送数据包不需要网关;但是想要送物品去其他小区住户家的时候就必须经过本小区的大门,然后通过目的住户小区大门的查验,将物品送达。在网络中也是相似的,假设网络A和网络B分属于不同局域网,网络A里的主机要给网络B里的主机发送数据,网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给网络B的网关,网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络B中主机向网络A中主机发送数据过程也是如此。示意图如下:
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简单的理解连接两个不同的网络的设备都可以叫网关设备,网关的作用就是实现两个网络之间进行通讯与控制。网关设备可以是交互机、路由器、启用了路由协议的服务器、代理服务器、防火墙等。网关也是一个网络通向其他网络的IP地址。

默认网关:

就像一个小区会有多个大门一样,一台主机可以有多个网关。默认网关就是一台主机如果找不到可用的网关,就把数据包发给默认指定的网关,由这个网关来处理数据包。

NAT:

在Windows环境下,打开你的命令行输入“ipconfig”查询你的IP地址,如下图:
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打开搜索引擎,输入“IP地址查询”,查询你的ip地址,如下图:
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是不是发现了一件奇怪的事情,两种方式查询的IP地址怎么不一样?但是我们又经常说每个主机只有一个IP,这个IP是他的身份标识,这完全矛盾啊。

其实并不矛盾,这里我们要用到公网IP和私网IP这两个概念,使用命令行查询到的是我们PC的私网地址,使用搜索引擎查到的是公网地址。私网地址只能在局域网中使用,不同的局域网可以使用相同的私网地址,私网地址是不能出现在互联网上的。那么私网地址是如何访问互联网呢?

NAT(Network Address Translation,网络地址转换)闪亮登场,NAT提供私网IP地址和公网IP地址进行互相转换的功能,就是替换IP报文头部的地址信息。对于有Internet访问需求而内部又使用私有IP地址的网络,就要在网络的出口位置部署NAT网关,在报文离开私网进入Internet时,将源IP替换为公网地址。一个对外的访问请求在到达目标以后,表现为由网络出口设备发起,因此被请求的服务端将响应由Internet发回出口网关。出口网关再将目的地址替换为私网的源主机地址,发回内部。这样一次由私网主机向公网服务端的请求和响应就完成了。
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NAT有三种类型:静态NAT(Static NAT)、动态地址NAT(Pooled NAT)、网络地址端口转换NAPT(Port-Level NAT)。

静态NAT设置起来最为简单和最容易实现的一种,私有网络中的每个主机ip地址都被永久映射成一个公网IP地址,形成一对一的固定对应映射关系。

动态地址NAT是指不建立私网IP地址和公网IP地址的一对一的固定对应关系。而通过共享NAT地址池的IP地址动态建立NAT的映射关系。当内网主机需要进行NAT地址转换时,路由器会在NAT地址池中选择空闲的公网IP地址进行映射,每条映射记录是动态建立的,在连接终止时也被收回。

网络地址端口转换NAPT则是将IP地址和端口号一起进行转换,把众多私网IP地址映射到一个公网IP地址的不同端口上,私网内的众多主机使用同一个公网IP同时与公网通信。

很抽象?看一看下面的图解。
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主机A(192.168.1.20)和主机B(192.168.1.21)同时与互联网服务器(120.222.223.10)进行通信,并且两个主机的本地端口都是1030。两个主机的私有IP地址都通过NAPT转换为公网IP:178.20.1.168,但是分配不同的端口号进行区分。生成一个NAPT转换表,正确的转换地址和端口的组合,实现使用私有IP的主机A和B同时与互联网服务器进行通信。

NAT网关:

NAT网关(NAT Gateway)顾名思义就是网关和NAT合并起来的产物,使用地址转换的功能联通不同网络。华为云提供NAT网关服务,为虚拟私有云内的云主机(弹性云服务器云主机、裸金属服务器物理机、云桌面)或者通过云专线/VPN接入虚拟私有云的本地数据中心的服务器,提供最高10Gbit/s能力的网络地址转换服务,使多个云主机可以共享弹性公网IP访问Internet或使云主机提供互联网服务。如下图所示:
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NAT网关分为SNAT和DNAT两个功能。

SNAT功能通过绑定弹性公网IP,实现私有IP向公有IP的转换,可实现VPC内跨可用区的多个云主机共享弹性公网IP,安全,高效的访问互联网。

DNAT功能绑定弹性公网IP,可通过IP映射或端口映射两种方式,实现VPC内跨可用区的多个云主机共享弹性公网IP,为互联网提供服务。

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有的小伙伴会问,从私网访问公网华为云NAT网关服务可以办到,但是私网想访问私网呢?

华为云不会让您失望,华为云NAT网关服务提供私网NAT网关(Private NAT Gateway),满足您的需要。私网NAT网关能够为虚拟私有云内的云主机(弹性云服务器、裸金属服务器、云桌面)提供网络地址转换服务,使多个云主机可以共享私网IP访问用户本地数据中心(IDC)或其他虚拟私有云,同时,也支持云主机面向私网提供服务。
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私网NAT网关支持大小网段灵活组网,IP网段可重叠,业务零改造,可降低企业上云的成本和风险。

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