Технология, которая позволяет преобразовывать внутренние IP-адреса в публичные, называется NAT (Network Address Translation) — Перевод сетевых адресов.
Общая концепция
NAT — это метод, который используется в маршрутизаторах и файерволах для преобразования адресов внутри частной сети (внутренних IP-адресов) в публичные IP-адреса и наоборот. Эта технология широко используется для того, чтобы несколько устройств в локальной сети могли совместно использовать один внешний (публичный) IP-адрес для связи с Интернетом.
Когда устройства внутри частной сети (например, компьютеры, смартфоны или серверы в локальной сети) отправляют запросы в Интернет, их внутренние IP-адреса заменяются на публичный IP-адрес маршрутизатора или файервола. Ответы от внешних сервисов затем проходят через NAT, и маршрутизатор направляет их на правильное устройство в локальной сети.
Типы NAT
Существует несколько типов NAT в зависимости от того, как именно происходит преобразование адресов:
Static NAT (Статический NAT):
В этом случае один внутренний IP-адрес всегда отображается на один внешний публичный IP-адрес.
Это полезно, когда необходимо, чтобы внешние устройства могли постоянно обращаться к серверу, находящемуся в частной сети (например, веб-сервер).
Пример: Внутренний IP-адрес 192.168.1.10 может быть всегда отображен на публичный IP 203.0.113.10.
Dynamic NAT (Динамический NAT):
В этом случае внутренний IP-адрес отображается на один из доступных публичных IP-адресов, но не обязательно на тот же самый каждый раз.
Это работает так, что когда устройство из внутренней сети запрашивает соединение с внешним ресурсом, NAT выбирает свободный публичный IP-адрес из пула и назначает его.
Пример: Если в организации есть пул из 10 публичных IP-адресов, то несколько внутренних устройств могут использовать их для подключения к Интернету.
Port Address Translation (PAT), также известен как Overloading или «многие к одному» (Many-to-One):
Это наиболее распространенный тип NAT, который используется в большинстве домашних маршрутизаторов. При PAT несколько внутренних IP-адресов отображаются на один публичный IP-адрес, но с различием в номерах портов.
Например, устройства с внутренними IP-адресами 192.168.1.10 и 192.168.1.20 могут использовать один публичный IP-адрес (например, 203.0.113.10), но с разными номерами портов.
Этот тип NAT позволяет огромному количеству устройств, использующих одну частную сеть, подключаться к Интернету через один публичный IP-адрес.
Пример: Пакеты от устройства 192.168.1.10 с портом 5000 могут быть преобразованы в 203.0.113.10:10000, а от устройства 192.168.1.20 — в 203.0.113.10:10001.
Как работает NAT?
Когда устройство в частной сети (например, с IP-адресом 192.168.1.10) отправляет запрос в Интернет, процесс перевода происходит следующим образом:
Устройство генерирует пакеты данных с исходным IP-адресом 192.168.1.10.
Эти пакеты передаются на маршрутизатор, который осуществляет NAT.
Маршрутизатор заменяет исходный внутренний IP-адрес (192.168.1.10) на публичный IP-адрес, например, 203.0.113.10, и при необходимости изменяет номер порта.
Пакет отправляется в Интернет.
Когда ответ возвращается в маршрутизатор (по адресу 203.0.113.10:10000, например), маршрутизатор снова использует таблицу NAT, чтобы перенаправить этот ответ обратно на внутренний IP-адрес 192.168.1.10 и тот же порт, который был использован для исходящего запроса.
Зачем нужен NAT?
Экономия публичных IP-адресов:
Публичные IP-адреса ограничены, и с помощью NAT можно использовать один публичный адрес для множества устройств в частной сети.
Это особенно важно для организаций или домашних пользователей, где нет необходимости в уникальных публичных IP-адресах для каждого устройства.
Безопасность:
NAT может скрыть внутреннюю структуру сети от внешнего мира. Внешние устройства видят только публичный IP-адрес маршрутизатора и не могут напрямую подключаться к устройствам внутри сети, если не настроены специальные правила (например, port forwarding).
Гибкость в управлении сетью:
NAT позволяет легко изменять внутреннюю структуру сети без влияния на внешние соединения. Например, можно изменить внутренние IP-адреса, не затронув публичный IP-адрес.
Мобильность и масштабируемость:
Для организаций или крупных сетей, где устройства часто меняют местоположение (например, мобильные устройства), NAT позволяет динамично распределять IP-адреса без необходимости изменения конфигурации на каждом устройстве.
Проблемы и ограничения NAT
Проблемы с установлением входящих соединений:
NAT может затруднять установление входящих соединений. Для того чтобы внешний сервер мог связаться с устройством внутри частной сети, нужно настроить проброс портов (port forwarding) или использовать другие методы, такие как UPnP (Universal Plug and Play).
Проблемы с некоторыми приложениями:
Некоторые приложения, такие как VoIP (голосовая связь через Интернет) или P2P-сетевые соединения, могут сталкиваться с проблемами, так как NAT нарушает прямое подключение между устройствами. Это может требовать специальных решений, таких как STUN (Session Traversal Utilities for NAT) или TURN (Traversal Using Relays around NAT).
Задержки и производительность:
Использование NAT может добавить дополнительную нагрузку на маршрутизаторы, так как каждый пакет требует обработки и изменений в заголовках. Это может привести к небольшой задержке, особенно при интенсивных данных.
Виды NAT в IPv6
В случае с IPv6, использование NAT значительно уменьшается. IPv6 был разработан с расчетом на огромное количество публичных IP-адресов (для каждого устройства может быть выделен уникальный публичный адрес), что делает NAT менее необходимым. Однако, в некоторых случаях, когда требуется конфиденциальность или другие требования, могут быть использованы технологии, подобные NAT.
Заключение
NAT — это ключевая технология для связи частных сетей с публичным Интернетом. Она позволяет экономно использовать публичные IP-адреса и обеспечивает безопасность сети. Разновидности NAT (статический, динамический и PAT) позволяют решать различные задачи в зависимости от потребностей сети.
