И просматриваете страницы WEB сайта. Велика вероятность того, что именно сейчас вы пользуетесь преобразованием сетевых адресов (NAT).

Никто не мог предвидеть такого разрастания Интернета, какое мы наблюдаем сегодня. Хотя точные его размеры неизвестны, оценки показывают, что в Интернете имеется приблизительно 100 миллионов активных узлов и более 350 миллионов пользователей. Темпы роста Интернета таковы, что его размер ежегодно удваивается.

Какое же отношение имеет преобразование сетевых адресов к размерам Интернета? Самое непосредственное! Чтобы данный компьютер мог связываться с другими компьютерами и WEB серверами по Интернету, у него должен быть собственный IP адрес. IP адрес (IP значит протокол Интернета) представляет собой уникальное 32-битовое число, обозначающее место данного компьютера в сети. В принципе, он функционирует, как ваш домашний адрес - это способ точно найти местоположение вашего компьютера и доставить вам информацию.

IP адресация

Когда впервые появилась IP адресация, все считали, что адресов достаточно для того, чтобы удовлетворить любые потребности. Теоретически может быть в общей сложности 4 294 967 296 уникальных адресов (232). Фактическое количество доступных для использования адресов несколько меньше (приблизительно между 3.2 и 3.3 миллиардами), что объясняется особенностями разбиения адресов на классы и тем, что определенные адреса резервируются для многоадресной рассылки, тестирования и других специальных нужд.

В условиях взрывного разрастания Интернета, роста домашних и корпоративных сетей, имеющихся IP адресов попросту не хватает. Очевидное решение - изменить формат адреса, чтобы в наличии было больше адресов. Такая система развертывается (она называется IPv6), однако для ее внедрения потребуется несколько лет, потому что при этом нужно модернизировать всю структуру Интернета.

На выручку приходит система NAT (RFC 1631). Преобразование сетевых адресов позволяет одному устройству, например, маршрутизатору, выполнять функции посредника между Интернетом (или «публичной сетью») и локальной (или «частной») сетью. Это значит, что для представления целой группы компьютеров требуется только один уникальный IP адрес.

Однако недостаток IP адресов - лишь одна из причин, по которым используют NAT. Наша статья посвящена преимуществам и особенностям этой системы. Сначала рассмотрим более подробно, что такое NAT и как эта система работает…

Принцип работы системы NAT

Система NAT похожа на секретаря в большом офисе. Допустим, вы дали ему инструкцию не соединять вас ни с кем, кто бы ни звонил по телефону, пока вы не дадите разрешение на такие действия. Позже вы звоните потенциальному клиенту и оставляете ему сообщение о том, чтобы он вам перезвонил. Вы сообщаете секретарю, что ждете звонка от клиента и приказываете обеспечить соединение, когда тот позвонит.

Клиент набирает главный телефонный номер офиса, потому что ему известен только этот номер. Клиент сообщает секретарю, что он хочет связаться с вами, секретарь сверяется по справочной таблице, где указано ваше имя и ваш добавочный телефонный номер. Секретарь знает, что вы разрешили скоммутировать этого клиента, поэтому коммутирует вызывающую сторону на ваш добавочный номер.

Система преобразования сетевых адресов

Система преобразования сетевых адресов, разработанная компанией Cisco, используется устройством ( , маршрутизатором или компьютером), соединяющим внутреннюю сеть с остальным миром. Преобразование сетевых адресов может иметь разные формы и может работать разными способами:

• Статическое преобразование сетевых адресов - преобразование незарегистрированного IP адреса в зарегистрированный IP адрес по принципу «один к одному». Особенно полезно, когда требуется доступ к устройству из-за пределов локальной сети.
• Динамическое преобразование сетевых адресов - преобразование незарегистрированного IP адреса в зарегистрированный IP адрес из группы зарегистрированных IP адресов.
• Перегрузка - форма динамического преобразования, преобразующая много незарегистрированных IP адресов в один зарегистрированный адрес за счет использования различных портов. Эту процедуру еще называют PAT (Port Address Translation, преобразование портов и адресов), одноадресным NAT или мультиплексированным NAT на уровне портов.
• Совпадение - когда используемые в вашей сети адреса являются зарегистрированными IP адресами, используемыми в другой сети, маршрутизатор должен вести таблицу преобразования таких адресов, перехватывать их и заменять зарегистрированными уникальными IP адресами. Важно отметить, что маршрутизатор NAT должен преобразовывать «внутренние» адреса в зарегистрированные уникальные адреса, а также «внешние» зарегистрированные адреса в адреса, которые являются уникальными в частной сети. Такая операция может осуществляться с использованием статического преобразования сетевых адресов, либо сервиса доменных имен (DNS) и внедрения динамического преобразования сетевых адресов.

Внутренняя сеть обычно представляет собой локальную сеть (LAN, Local Area Network), которую иногда называют тупиковым доменом (stub domain). Тупиковый домен - это локальная сеть, внутри которой используются IP адреса. Большинство сетевого трафика в тупиковом домене локальное и не выходит за пределы внутренней сети. Тупиковый домен может содержать как зарегистрированные, так и незарегистрированные IP адреса. Разумеется, все компьютеры, которым присвоены незарегистрированные IP адреса, для связи с остальным миром должны пользоваться преобразованием сетевых адресов.

NAT можно настраивать различными способами. В приводимом ниже примере маршрутизатор NAT настроен так, что преобразует незарегистрированные (внутренние, локальные) IP адреса, применяемые в частной (внутренней) сети, в зарегистрированные IP адреса. Эта процедура выполняется каждый раз, когда устройству с незарегистрированным адресом во внутренней сети требуется связаться с сетью общего пользования (внешней).

• Интернет-провайдер закрепляет за вашей компанией ряд IP адресов. Адреса из закрепленной группы являются зарегистрированными IP адресами и называются внутренними глобальными адресами. Незарегистрированные, частные IP адреса разделяются на две группы. Одна небольшая группа (внешние локальные адреса) используется маршрутизаторами NAT. Вторая, значительно большая группа, которую называют внутренними локальными адресами (inside local addresses), используется в тупиковом домене. Внешние локальные адреса используются для формирования уникальных IP адресов устройств, называемых внешними глобальными адресами, для выхода в публичную сеть.
• Большинство компьютеров тупикового домена обменивается информацией друг с другом, используя внутренние локальные адреса.
• Некоторые компьютеры тупикового домена часто связываются с устройствами за пределами локальной сети. Эти компьютеры имеют внутренние глобальные адреса, которые не требуют преобразования.
• Когда компьютеру тупикового домена с внутренним локальным адресом нужно связаться с компьютером за пределами локальной сети, пакет направляется к одному из маршрутизаторов NAT.
• Маршрутизатор NAT сверяется с таблицей маршрутизации для выяснения, есть ли запись для адреса назначения. Если такая запись имеется, маршрутизатор NAT преобразует пакет и создает для него запись в таблице трансляции адресов. Если адреса назначения в таблице маршрутизации нет, пакет игнорируется.
• Используя внутренний глобальный адрес, маршрутизатор отправляет пакет к пункту назначения.
• Компьютер в публичной сети отправляет пакет в частную сеть. Адресом отправителя пакета является внешний глобальный адрес. Адресом назначения является внутренний глобальный адрес.
• Маршрутизатор NAT сверяется с таблицей трансляции адресов и определяет, что здесь имеется адрес назначения, соотносящийся с компьютером в тупиковом домене.
• Маршрутизатор NAT преобразует внутренний глобальный адрес пакета во внутренний локальный адрес и отправляет пакет к соответствующему компьютеру.

Перегрузка NAT

Перегрузка NAT использует функцию пакета протоколов TCP/IP, мультиплексирование, позволяющую компьютеру создавать с одним или несколькими удаленными компьютерами несколько одновременных соединений с применением различных портов TCP или UDP. Пакет IP содержит заголовок, в котором имеется следующая информация:

• Адрес источника - IP адрес компьютера-отправителя, например, 201.3.83.132
• Порт отправителя - номер порта TCP или UDP, назначенный компьютером-отправителем для данного пакета, например, порт 1080
• Адрес получателя - IP адрес компьютера-получателя, например, 145.51.18.223
• Порт назначения - номер порта TCP или UDP, который компьютер-отправитель требует открыть у компьютера-получателя, например, порт 3021.

Адреса указывают две машины на каждом конце, а номера портов обеспечивают уникальный идентификатор для соединения между двумя компьютерами. Комбинацией этих четырех чисел определяется одно соединение TCP/IP. В каждом номере порта используется 16 бит, а это значит, что возможно 65 536 (216) значений. На практике, с учетом того, что разные производители сопоставляют порты немного по-разному, можно ожидать, что доступными будут приблизительно 4 000 портов.

Посмотрело: 41180

1 Если Вы читаете этот документ, то скорее всего вы подсоединены к Интернету, и используете трансляцию сетевых адресов (Network Address Translation, NAT ) прямо сейчас! Интернет стал настолько огромным, чем кто-либо мог себе представить. Хотя точный размер неизвестен, текущая оценка это приблизительно 100 миллионов хостов и более чем 350 миллионов пользователей, активно работающих в Интернете. Фактически, норма роста такова, что Интернет эффективно удваивается в размере каждый год.

Введение

Для компьютера, чтобы общаться с другими компьютерами и Web-серверами в Интернете, он должен иметь IP адрес. IP адрес (IP означает Интернет Протокол) - это уникальное 32-битовое число, которое идентифицирует местоположение вашего компьютера на сети. В основном это работает точно так же как ваш уличный адрес: способ точно выяснить, где вы находитесь и доставить вам информацию. Теоретически, можно иметь 4,294,967,296 уникальных адресов (2^32). Фактическое число доступных адресов является меньшим (где-нибудь между 3.2 и 3.3 миллиарда) из-за способа, которым адреса разделены на классы и потребности отвести некоторые из адресов для мультивещания, тестирования или других определенных нужд. С увеличением домашних сетей и деловых сетей, число доступных IP адресов уже не достаточно. Очевидное решение состоит в том, чтобы перепроектировать формат адреса, чтобы учесть больше возможных адресов. Таким образом, развивается протокол IPv6, но, это развитие займет несколько лет, потому что требует модификации всей инфраструктуры Интернета.

Вот где приходит NAT нам во спасение. В основном, Сетевая Трансляция Адресов, позволяет единственному устройству, типа маршрутизатора, действовать как агент между Интернетом (или "публичной сетю") и локальной (или "частной") сетью. Это означает, что требуется только единственный уникальный IP адрес, чтобы представлять всю группу компьютеров чему-либо вне их сети. Нехватка IP адресов - только одна причина использовать NAT. Два других серьезных основания это безопасность и администрирование

Вы узнаете о том, как можно извлечь выгоду из NAT, но сначала, давайте познакомимся с NAT чуть ближе и посмотрим, что он может делать.

Маскировка

NAT похож на секретаря большого офиса. Скажем, вы оставили инструкции секретарю, чтобы не перенаправлять вам никакие звонки, до тех пор, пока вы не попросите об этом. Позже, вы звоните потенциальному клиенту и оставляете сообщение для него, чтобы он перезвонил вам. Вы говорите секретарю, что ожидаете звонок от этого клиента и звонок нужно перевести. Клиент звонит на основной номер вашего офиса, являющийся единственным номером, который он знает. Когда клиент говорит секретарю, кого он ищет, секретарь проверяет свой список сотрудников, чтобы найти соответствие имени и его номера расширения. Секретарь знает, что вы запрашивали этот звонок, поэтому он переводит звонившего на ваш телефон.

Разработанная технология Cisco, Трансляция Сетевых Адресов используется устройством (межсетевым экраном, маршрутизатором или компьютером), которое находиться между внутренней сетью и остальной частью мира. NAT имеет много форм и может работать несколькими способами:

Статический NAT - Отображение незарегистрированного IP адреса на зарегистрированный IP адрес на основании один к одному. Особенно полезно, когда устройство должно быть доступным снаружи сети.

В статическом NAT, компьютер с адресом 192.168.32.10 будет всегда транслироваться в адрес 213.18.123.110:

Динамический NAT - Отображает незарегистрированный IP адрес на зарегистрированный адрес от группы зарегистрированных IP адресов. Динамический NAT также устанавливает непосредственное отображение между незарегистрированным и зарегистрированным адресом, но отображение может меняться в зависимости от зарегистрированного адреса, доступного в пуле адресов, во время коммуникации.

В динамическом NAT, компьютер с адресом 192.168.32.10 транслируется в первый доступномый адрес в диапазоне от 213.18.123.100 до 213.18.123.150

Перегрузка(Overload) - форма динамического NAT, который отображает несколько незарегистрированных адресов в единственный зарегистрированный IP адрес, используя различные порты. Известен также как PAT (Port Address Translation)

При перегрузке, каждый компьютер в частной сети транслируется в тот же самый адрес (213.18.123.100), но с различным номером порта

Перекрытие - Когда IP адреса, используемые в вашей внутренней сети, также используются в другой сети, маршрутизатор должен держать таблицу поиска этих адресов так, чтобы он мог перехватить и заменить их зарегистрированными уникальными IP адресами. Важно отметить, что NAT маршрутизатор должен транслировать "внутренние" адреса в зарегистрированные уникальные адреса, а также должен транслировать "внешние" зарегистрированные адреса в адреса, которые являются уникальными для частной сети. Это может быть сделано либо через статический NAT, либо вы можете использовать DNS и реализовать динамический NAT.

Пример:
Внутренний диапазон IP (237.16.32.xx) является также зарегистрированный диапазоном, используемым другой сетью. Поэтому, маршрутизатор транслирует адреса, чтобы избежать потенциального конфликта. Он также будет транслировать зарегистрированные глобальные IP адреса обратно к незарегистрированным локальным адресам, когда пакеты посылаются во внутреннюю сеть

Внутренняя сеть – это обычно LAN (Локальная сеть), чаще всего, называемая, тупиковым доменом . Тупиковый домен это LAN, которая использует внутренние IP адреса. Большинство сетевого трафика в таком домене является локальным, он не покидает пределов внутренней сети. Домен может включать как зарегистрированные так и незарегистрированные IP адреса. Конечно, любые компьютеры, которые используют незарегистрированные IP адреса, должны использовать NAT, чтобы общаться с остальной частью мира.

NAT может быть сконфигурирован различными способами. В примере ниже NAT-маршрутизатор сконфигурирован так, чтобы транслировать незарегистрированные IP адреса (локальные внутренние адреса), которые постоянно находятся в приватной (внутренней) сети в зарегистрированные IP адреса. Это случается всякий раз, когда устройство на внутренней части с незарегистрированным адресом должно общаться с внешней сетью.

ISP назначает диапазон адресов IP вашей компании. Назначенный блок адресов - это уникальные зарегистрированные IP адреса и называются внутренними глобальными адресами (inside global) . Незарегистрированные частные IP адреса разбиты на две группы, маленькая группа, внешние локальные адреса (outside local) , будет использоваться NAT маршрутизаторами и основная, которая будет использоваться в домене, известна как внутренние локальные адреса (inside local) . Внешние локальные адреса используются, чтобы транслировать уникальные IP адреса, известные как внешние глобальные адреса(outside global) , устройств на общественной сети.
NAT транслирует только тот трафик, который проходит между внутренней и внешней сетью и определен для трансляции. Любой трафик, не соответствующий критериям трансляции или тот, который проходит между другими интерфейсами на маршрутизаторе, никогда не транслируется, и пересылается как есть.

IP адреса имеют различные обозначения, основанные на том, находятся ли они на частной сети (домен) или на общественной сети (Интернет) и является ли трафик входящим или исходящим:

• Большинство компьютеров в домене общается друг с другом, используя внутренние локальные адреса.
• Некоторые компьютеры в домене взаимодействуют с внешней сетью. Эти компьютеры имеют внутренние глобальные адреса, что означает, что они не требуют трансляции.
• Когда компьютер в домене, который имеет внутренний локальный адрес, хочет взаимодействовать с внешней сетью, пакет идет в один из NAT-маршрутизаторов посредством обычной маршрутизации.
• NAT- маршрутизатор проверяет таблицу маршрутизации, чтобы посмотреть, имеется ли у него запись для конечного адреса. Если адрес приемника не находится в таблице маршрутизации, пакет отбрасывается. Если запись доступна, роутер проверяет, идет ли пакет из внутренней сети во внешнюю, а также, соответствует ли пакет критериям, определенным для трансляции. Затем маршрутизатор проверяет таблицу трансляции адресов, чтобы выяснить, существует ли запись для внутреннего локального адреса и соответствующего ему внутреннего глобального адреса. Если запись найдена, он транслирует пакет, используя внутренний глобальный адрес. Если сконфигурирован только статический NAT, и никакой записи не найдено, то роутер посылает пакет без трансляции.
• Используя внутренний глобальный адрес, маршрутизатор пересылает пакет его адресату.
• компьютер на общественной сети посылает пакет в частную сеть. Адрес источника в пакете – это внешний глобальный адрес. Адрес приемника - внутренний глобальный адрес.
• Когда пакет прибывает во внешнюю сеть, NAT-маршрутизатор смотрит в таблицу трансляций и определяет адрес приемника, отображенный на компьютер в домене.
• NAT-маршрутизатор транслирует внутренний глобальный адрес пакета на внутренний локальный адрес и затем проверяет таблицу маршрутизации прежде, чем пошлет пакет конечному компьютеру. Всякий раз, когда запись не найден для адреса в таблице трансляций, пакет не транслируется и роутер продолжает поверку таблицы маршрутизации на поиск адреса приемника.

NAT-перегрузка (overloading) использует особенность стека протокола TCP/IP, такую как мультиплексирование, которое позволяет компьютеру поддерживать несколько параллельных подключений с удаленным компьютером, используя различные TCP или UDP порты. Пакет IP имеет заголовок, который содержит следующую информацию:

• Исходный адрес – IP адрес компьютера источника, например, 201.3.83.132.
• Исходный порт – номер TCP или UDP порта, назначенное компьютером источником для этого пакета, например, Порт 1080.
• Адрес назначения – IP адрес компьютера приемника. Например, 145.51.18.223.
• Порт назначения – номер TCP или UDP порта, который просит открыть компьютер источник на приемнике, например, порт 3021.

IP адреса определяют две машины с каждой стороны, в то время как номера портов гарантируют, что соединение между этими двумя компьютерами имеет уникальный идентификатор. Комбинация этих четырех чисел определяет единственное соединение TCP/IP. Каждый номер порта использует 16 битов, что означает, что сушествует 65 536 (2^16) возможных значения. В действительности, так как различные изготовители отображают порты немного различными способами, вы можете ожидать приблизительно 4 000 доступных портов.

Примеры динамического NAT и NAT с перегрузкой

Ниже на картинке показано как работает динамический NAT.

Кликните на одну из зеленых кнопок, чтобы послать успешный пакет либо в, либо из внутренней сети. Нажмите на одну из красных кнопок, чтобы послать пакет, который будет отброшен маршрутизатором из-за недопустимого адреса.

• внутренняя сеть была установлена с адресами IP, которые не были специально отведены для этой компании IANA (Органом по надзору за присвоением адресов в Интернете), глобальное бюро, которое раздает IP адреса. Такие адреса нужно считать немаршрутизируемыми, так как они не уникальны. Это внутренние локальные адреса.
• компания устанавливает маршрутизатор с NAT. Маршрутизатор имеет диапазон уникальных адресов IP, выданных компании. Это - внутренние глобальные адреса.
• компьютер на LAN пытается соединиться с компьютером вне сети, типа Web-сервера.
• маршрутизатор получает пакет от компьютера на LAN.
• После проверки таблицы маршрутизации и процесса проверки для трансляции, маршрутизатор сохраняет немаршрутизируемый адрес компьютера в таблице трансляции адресов. Маршрутизатор заменяет немаршрутизируемый адрес компьютера отправителя первым доступным IP адресом из диапазона уникальных адресов. Таблица трансляций теперь имеет отображение немаршрутизируемого IP адреса компьютера, которому соответствует один из уникальных IP адресов.
• Когда пакет возвращается от компьютера адресата, маршрутизатор проверяет адрес приемника в пакете. Затем он смотрит в таблицу трансляции адресов, чтобы найти, какому компьютеру в домене принадлежит данный пакет. Он изменяет адрес приемника на тот, что был сохранен ранее в таблице трансляции и посылает пакет нужному компьютеру. Если роутер не находит соответствие в таблице, он уничтожает пакет.
• Компьютер получает пакет от маршрутизатора и весь процесс повторяется, пока компьютер общается с внешней системой.

• Внутренняя сеть была установлена с немаршрутизируемыми IP адресами, которые не были специально отведены для компании
• компания устанавливает маршрутизатор с NAT. Маршрутизатор имеет уникальный IP адрес, который выдала IANA
• компьютер в домене пытается соединиться с компьютером вне сети, типа Web-сервера.
• маршрутизатор получает пакет от компьютера в домене.
• После маршрутизации и проверки пакета для выполнения трансляции, маршрутизатор сохраняет немаршрутизируемый IP адрес компьютера и номер порта в таблице трансляции. Маршрутизатор заменяет немаршрутизируемый IP адрес компьютера отправителя IP адресом маршрутизатора. Маршрутизатор заменяет исходный порт компьютера отправителя неким случайным номером порта и сохраняет его в таблице трансляции адресов для этого отправителя. Таблица трансляций имеет отображение немаршрутизируемого IP адреса компьютера и номера порта наряду с IP адресом маршрутизатора.
• Когда пакет возвращается от адресата, маршрутизатор проверяет порт применика в пакете. Он затем смотрит в таблицу трансляций, чтобы найти, какому компьютеру в домене принадлежит пакет. Далее роутер изменяет адрес приемника и порт приемника в те значения, которые были ранее сохранены в таблице трансляций и посылает пакет конечному узлу.
• компьютер получает пакет от маршрутизатора и процесс повторяется
• Так как NAT маршрутизатор теперь имеет исходный адрес компьютера и исходный порт, сохраненный к таблице трансляций, он продолжит использовать тот же самый номер порта для последующих подключений. Каждый раз, когда маршрутизатор обращается к записи в таблице трансляций сбрасывается таймер жизни этой записи. Если к записи не обращаются прежде, чем таймер истекает, она удаляется из таблицы

Число одновременных трансляций, которые маршрутизатор будет поддерживать, определяется главным образом количеством DRAM (Динамическая Память Произвольного доступа). Так как типичная запись в таблице трансляций занимает приблизительно 160 байт, маршрутизатор с 4 Мбайтами RAM может теоретически обработать 26214 одновременных соединений, что является более чем достаточно для большинства приложений.

Безопасность и Администрирование

Реализация динамического NAT автоматически создает межсетевую защиту между вашей внутренней сетью и внешними сетями или Интернет. Динамический NAT позволяет только подключения, которые порождаются в локальной сети. По существу, это означает, что компьютер на внешней сети не может соединиться с вашим компьютером, если ваш компьютер не начал соединение. Таким образом, вы можете работать в Интернете и соединиться с сайтом, и даже выгрузить файл. Но больше никто не может просто покуситься на ваш IP адрес и использовать его, чтобы соединиться с портом на вашем компьютере.

Статический NAT, также называемый входным мапингом (inbound mapping), позволяет подключения, инициированные внешними устройствами к компьютерам в LAN при определенных обстоятельствах. Например, вы можете отобразить внутренний глобальный адрес на определенный внутренний локальный адрес, который назначен на ваш Web-сервер.

Статический NAT позволяет компьютеру в LAN поддерживать определенный адрес, общаясь с устройствами вне сети:

Некоторые NAT маршрутизаторы предусматривают обширную фильтрацию и логирование трафика. Фильтрация позволяет вашей компании контролировать, какие сайты на Сети посещают работники, препятствуя им просматривать сомнительный материал. Вы можете использовать регистрацию трафика, чтобы создать журнал, какие сайты посещаются и на основании этого генерировать различные отчеты.

Иногда Сетевую Трансляцию Адресов путают с прокси-серверами, где есть определенные различия. NAT прозрачен для компьютеров источника и приемника. Никто из них не знает, что это имеет дело с третьим устройством. Но прокси сервер не прозрачен. Исходный компьютер знает, что это делает запрос на прокси. Компьютер адресата думает, что прокси сервер - это исходный компьютер и имеет дело с непосредственно ним. Кроме того, прокси-серверы обычно работают на уровне 4 (Transport) модели OSI или выше, в то время как NAT – это протокол уровня 3 (Network) . Работа на более высоких уровнях делает прокси-серверы медленнее чем NAT устройства в большинстве случаев.

Реальная выгода NAT очевидна в сетевом администрировании. Например, Вы можете переместить ваш Web-сервер или сервер FTP к другому компьютеру, не волнуясь о разорванных соединениях. Просто измените входной мапинг на новый внутренний локальный адрес в маршрутизаторе, чтобы отразить новый хост. Вы можете также делать изменения в вашей внутренней сети так как любой ваш внешний IP адрес либо принадлежит маршрутизатору либо пулу глобальных адресов.

Что такое NAT

Ваш компьютер может быть подключен к интернету напрямую. Тогда говорят, что у него внешний IP адрес.

Обычно это значит, что компьютер подключен сразу к модему (DSL, кабельному или обычному аналоговому).

За NAT означает, что ваш компьютер подключен не к интернету, а к локальной сети. Тогда у него внутренний IP адрес, из интернета сам по себе недоступный.

Доступ к интернету ваш компьютер получает через NAT - процесс трансляции внутренних адресов во внешние и обратно. NAT-устройство обычно называют раутером.

Специфика работы NAT такова, что соединения, инициируемые вашим компьютером, прозрачно проходят через NAT-устройство в интернет. Однако соединения, которые хотели бы с вами установить другие компьютеры из интернета, до вас дойти не могут.

Находим IP адрес компьютера

Run">Откройте диалоговое окно для запуска программ: клик на кнопке Пуск, в меню выберите Выполнить .

В Windows 2000/XP набираем команду cmd /k ipconfig , нажимаем OK и смотрим на результат.

Windows 2000 IP Configuration Ethernet adapter Local Area Connection: Connection-specific DNS Suffix . : IP Address. . . . . . . . . . . . : 192.168.1.10 Subnet Mask . . . . . . . . . . . : 255.255.255.0 Default Gateway . . . . . . . . . : 192.168.1.1

Первый из этих адресов - это IP адрес вашего компьютера.

Нaходитесь ли вы за NAT

Три специальных диапазона IP адресов зарезервированы для локальных сетей и в интернете не используются:

10. 0. 0. 0 - 10. 255.255.255 172. 16. 0. 0 - 172. 31.255.255 192.168. 0. 0 - 192.168.255.255

Если IP адрес вашего компьютера находится в одном из этих диапазонов, то есть начинается с 10. или с 192.168. или с 172.nn. (где nn - от 16 до 31) , то это локальный (внутренний) адрес, и вы точно находитесь за NAT.

Если нет, то теперь проверьте, под каким IP адресом вас видят другие компьютеры в интернете. Например на whatsmyip.org ("Your IP Address is x.x.x.x" вверху страницы) или на myipaddress.com .

Если IP адрес вашего компьютера совпадает с показанным одним из этих сайтов, то вы точно подключены к интернету напрямую.

В остальных случаях наверняка сказать нельзя. Возможны такие варианты:

• вы находитесь за NAT, но ваш сетевой администратор выбрал нестандартные внутренние адреса для вашей локальной сети. Найдите его и поинтересуйтесь, зачем так нужно было делать.
• вы выходите в интернет через прокси сервер (тогда whatsmyip.org показал вам адрес этого прокси сервера). Во многих случаях вы можете определить, есть ли между вами и интернетом прокси сервер, пользуясь например lagado.com/proxy-test .

  Подключение через прокси в этом руководстве не рассматривается .

Варианты подключения через NAT

Если вы за NAT, то следующим шагом надо определить, где именно находится NAT-устройство.

NAT провайдера

Тогда говорят, что
• провайдер предоставляет вам интернет через NAT ,
• или что провайдер не дает вам внешний IP адрес ,
• или что вы подключены через локальную сеть провайдера

Проще всего позвонить провайдеру и узнать. Или поинтересоваться у знающих соседей с таким же подключением.

При подключении к интернету через локальную сеть провайдера сделать себе доступный порт нельзя. Если, конечно, провайдер специально для вас не перенаправит определенный порт, что малореально. Или если вы не заплатите дополнительно за услугу, которая обычно называется "внешний" ("белый") IP адрес.

NAT в офисе или многоквартирном доме

В принципе ситуация такая же, но вы можете поискать подходы к местному админу. В конечном итоге решение вопроса о доступности порта зависит от того, имеете ли вы доступ к настройкам раутера.

Кроме того, можно также попробовать UPnP, вдруг в раутере оставили его разрешенным.

NAT ваш собственный

В этом случае вы практически всегда можете его настроить и получить доступный порт.

Обычно это или подключение через домашний раутер или подключение через другой компьютер, например используя ICS (второй вариант тут не рассматривается).

Конечно, в принципе бывает и так, что NAT есть и у вас дома, и у провайдера, то есть ваш компьютер находится за двумя NAT сразу. Это можно проверить, зайдя в настройки раутера, посмотрев на его внешний адрес и далее следуя вышеописанному сценарию (принадлежит ли этот адрес диапазонам локальных сетей, совпадает ли он с тем адресом, под которым вас видят в интернете).

IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы. Хостам, подключающимся к Интернету время от времени по обычной телефонной линии, можно выделять IP-адреса динамически, только на время соединения. Тогда один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей, и этого, возможно, будет достаточно для провайдера, у которого несколько сотен тысяч клиентов. Когда сессия связи завершается, IP-адрес присваивается новому соединению. Такая стратегия может решить проблемы провайдеров, имеющих не очень большое количество частных клиентов, соединяющихся по телефонной линии, однако не поможет провайдерам, большую часть клиентуры которых составляют организации.

Дело в том, что корпоративные клиенты предпочитают иметь постоянное соединение с Интернетом, по крайней мере в течение рабочего дня. И в маленьких конторах, например туристических агенствах, состоящих из трех сотрудников, и в больших корпорациях имеются локальные сети, состоящие из некоторого числа компьютеров. Некоторые компьютеры являются рабочими станциями сотрудников, некоторые служат веб-серверами. В общем случае имеется маршрутизатор ЛВС, соединенный с провайдером по выделенной линии для обеспечения постоянного подключения. Такое решение означает, что с каждым компьютером целый день связан один IP-адрес. Вообще-то даже все вместе взятые компьютеры, имеющиеся у корпоративных клиентов, не могут перекрыть имеющиеся у провайдера IP-адреса. Для адреса длины /16 этот предел равен, как мы уже отмечали, 65 534. Однако если у поставщика услуг Интернета число корпоративных клиентов исчисляется десятками тысяч, то этот предел будет достигнут очень быстро.

Проблема усугубляется еще и тем, что все большее число частных пользователей желают иметь ADSL или кабельное соединение с Интернетом. Особенности этих способов заключаются в следующем:

а) пользователи получают постоянный IP-адрес;

б) отсутствует повременная оплата (взимается только ежемесячная абонентская плата).

Пользователи такого рода услуг имеют постоянное подключение к Интернету. Развитие в данном направлении приводит к возрастанию дефицита IP-адресов. Присваивать IP-адреса «на лету», как это делается при телефонном подключении, бесполезно, потому что число активных адресов в каждый момент времени может быть во много раз больше, чем имеется у про­вайдера.

Часто ситуация еще больше усложняется за счет того, что многие пользователи ADSL и кабельного Интернета имеют дома два и более компьютера (например, по одному на каждого члена семьи) и хотят, чтобы все машины имели выход в Интернет. Что же делать - ведь есть только один IP-адрес, выданный провайдером! Решение таково: необходимо установить маршрутизатор и объединить все компьютеры в локальную сеть. С точки зрения провайдера, в этом случае семья будет выступать в качестве аналога маленькой фирмы с несколькими компьютерами. Добро пожаловать в корпорацию Пупкиных!

Проблема дефицита IP-адресов отнюдь не теоретическая и отнюдь не относится к отдаленному будущему. Она уже актуальна, и бороться с ней приходится здесь и сейчас. Долговременный проект предполагает тотальный перевод всего Интернета на протокол IPv6 со 128-битной адресацией. Этот переход действительно постепенно происходит, но процесс идет настолько медленно, что затягивается на годы. Видя это, многие поняли, что нужно срочно найти какое-нибудь решение хотя бы на ближайшее время. Такое решение было найдено в виде метода трансляции сетевого адреса, NAT (Network Address Translation) , описанного в RFC 3022. Суть его мы рассмотрим позже, а более подробную информа­цию можно найти в (Butcher, 2001).

Основная идея трансляции сетевого адреса состоит в присвоении каждой фирме одного IP-адреса (или, по крайней мере, небольшого числа адресов) для интернет-трафика. Внутри фирмы каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, используемый для маршрутизации внутреннего трафика. Однако как только пакет покидает пределы здания фирмы и направляется к провайдеру, выполняется трансляция адреса. Для реализации этой схемы было создано три диапазона так называемых частных IP-адресов. Они могут использоваться внутри компании по ее усмотрению. Единственное ограничение заключается в том, что пакеты с такими адресами ни в коем случае не должны появляться в самом Интернете. Вот эти три зарезервированных диапазона:

10.0.0.0 - 10.255.255.255/8 (16 777 216 хостов)

172.16.0.0 - 172.31.255.255/12 (1 048 576 хостов)

192.168.0.0 -192.168.255.255/16 (65 536 хостов)

Работа метода трансляции сетевых адресов показана на нжеследующей схеме. В пределах территории компании у каждой машины имеется собственный уникальный адрес вида 10.x.y.z. Тем не менее, когда пакет выходит за пределы владений компании, он проходит через NAT-блок, транслирующий внутренний IP-адрес источника (10.0.0.1 на рисунке) в реальный IP-адрес, полученный компанией от провайдера (198.60.42.12 для нашего примера). NAT-блок обычно представляет собой единое устройство с брандмауэром , обеспечивающим безопасность путем строго отслеживания входящего и исходящего -трафика компании. NAT-блок может быть интегрирован с маршрутизатором компании.

Мы до сих пор обходили одну маленькую деталь: когда приходит ответ на запрос (например, от веб-сервера), он ведь адресуется 198.60.42.12. Как же NAT-блок узнает, каким внутренним адресом заменить общий адрес компании? Вот в этом и состоит главная проблема использования трансляции сетевых адресов. Если бы в заголовке IP-пакета было свободное поле, его можно было бы использовать для запоминания адреса того, кто посылал запрос. Но в заголовке остается неиспользованным всего один бит. В принципе, можно было бы создать такое поле для истинного адреса источника, но это потребовало бы изменения IP-кода на всех машинах по всему Интернету. Это не лучший выход, особенно если мы хотим найти быстрое решение проблемы нехватки IP-адресов.

На самом деле произошло вот что. Разработчики NAT подметили, что большая часть полезной нагрузки IP-пакетов - это либо TCP, либо UDP . Оба формата имеют заголовки, содержащие номера портов источника и приемника. Номера портов представляют собой 16-разрядные целые числа, показывающие, где начинается и где заканчивается TCP-соединение. Место хранения номеров портов используется в качестве поля, необходимого для работы NAT.

Когда процесс желает установить TCP-соединение с удаленным процессом, он связывается со свободным TCP-портом на собственном компьютере. Этот порт становится портом источника, который сообщает TCP-коду информацию о том, куда направлять пакеты данного соединения. Процесс также определяет порт назначения. Посредством порта назначения сообщается, кому отдать пакет на удаленной стороне. Порты с 0 по 1023 зарезервированы для хорошо известных сервисов. Например, 80-й порт используется веб-серверами, соответственно, на них могут ориентироваться удаленные клиенты. Каждое исходящее сообщение TCP содержит информацию о порте источника и порте назначения. Вместе они служат для идентификации процессов на обоих концах, использующих соединение.

Проведем аналогию, которая несколько прояснит принцип использования портов. Допустим, у компании есть один общий телефонный номер. Когда люди набирают его, они слышат голос оператора, который спрашивает, с кем именно они хотели бы соединиться, и подключают их к соответствующему добавочному телефонному номеру. Основной телефонный номер является аналогией IP-адреса компании, а добавочные на обоих концах аналогичны портам. Для адресации портов используется 16-битное поле, которое идентифицирует процесс, получающий входящий пакет.

С помощью поля Порт источника мы можем решить проблему отображения адресов. Когда исходящий пакет приходит в NAT-блок, адрес источника вида 192.168.c.d заменяется настоящим IP-адресом. Кроме того, поле Порт источника TCP заменяется индексом таблицы перевода NAT-блока, содержащей 65 536 записей. Каждая запись содержит исходный IP-адрес и номер исходного порта. Наконец, пересчитываются и вставляются в пакет контрольные суммы заголовков TCP и IP. Необходимо заменять поле Порт источника, потому что машины с местными адресами 10.0.0.1 и 10.0.0.2 могут случайно пожелать воспользоваться одним и тем же портом (5000-м, например). Так что для однозначной идентификации процесса отправителя одного поля Порт источника оказывается недостаточно.

Когда пакет прибывает на NAT-блок со стороны провайдера, извлекается значение поля Порт источника заголовка TCP. Оно используется в качестве индекса таблицы отображения NAT-блока. По найденной в этой таблице записи определяются внутренний IP-адрес и настоящий Порт источника TCP. Эти два значения вставляются в пакет. Затем заново подсчитываются контрольные суммы TCP и IP. Пакет передается на главный маршрутизатор компании для нормальной доставки с адресом вида 192.168.y.z.

В случае применения ADSL или кабельного Интернета трансляция сетевых адресов может применяться для облегчения борьбы с нехваткой адресов. Присваиваемые пользователям адреса имеют вид 10.x.y.z. Как только пакет покидает пределы владений провайдера и уходит в Интернет, он попадает в NAT-блок, который преобразует внутренний адрес в реальный IP-адрес провайдера. На обратном пути выполняется обратная операция. В этом смысле для всего остального Интернета провайдер со своими клиентами, использующими ADSL и кабельное:оединение, представляется в виде одной большой компании.

Хотя описанная выше схема частично решает проблему нехватки IP-адресов, многие приверженцы IP рассматривают NAT как некую заразу, распространяющуюся по Земле. И их можно понять.

Во-первых, сам принцип трансляции сетевых адресов никак не вписывается в архитектуру IP, которая подразумевает, что каждый IP-адрес уникальным образом идентифицирует только одну машину в мире. Вся программная структура Интернета построена на использовании этого факта. При трансляции сетевых адресов получается, что тысячи машин могут (и так происходит в действительности) иметь адрес 10.0.0.1.

Во-вторых, NAT превращает Интернет из сети без установления соединения в нечто подобное сети, ориентированной на соединение. Проблема в том, что NAT-блок должен поддерживать таблицу отображения для всех соединений, проходящих через него. Запоминать состояние соединения - дело сетей, ориентированных на соединение, но никак не сетей без установления соединений. Если NAT-блок ломается и теряются его таблицы отображения, то про все TCP-соединения, проходящие через него, можно забыть. При отсутствии трансляции сетевых адресов выход из строя маршрутизатора не оказывает никакого эффекта на деятельность TCP. Отправляющий процесс просто выжидает несколько секунд и посылает заново все неподтвержденные пакеты. При использовании NAT Интернет становится таким же восприимчивым к сбоям, как сеть с коммутацией каналов.

В-третьих, NAT нарушает одно из фундаментальных правил построения многоуровневых протоколов: уровень k не должен строить никаких предположений относительно того, что именно уровень k + 1 поместил в поле полезной нагрузки. Этот принцип определяет независимость уровней друг от друга. Если когда-нибудь на смену TCP придет ТСР-2, у которого будет другой формат заголовка (например, 32-битная адресация портов), то трансляция сетевых адресов потерпит фиаско. Вся идея многоуровневых протоколов состоит в том, чтобы изменения в одном из уровней никак не могли повлиять на остальные уровни. NAT разрушает эту независимость.

В-четвертых, процессы в Интернете вовсе не обязаны использовать только TCP или UDP. Если пользователь машины А решит придумать новый протокол транспортного уровня для общения с пользователем машины В (это может быть сделано, например, для какого-нибудь мультимедийного приложения), то ему придется как-то бороться с тем, что NAT-блок не сможет корректно обработать поле Порт источника TCP.

В-пятых, некоторые приложения вставляют IP-адреса в текст сообщений. Получатель извлекает их оттуда и затем обрабатывает. Так как NAT не знает ничего про такой способ адресации, он не сможет корректно обработать пакеты, и любые попытки использования этих адресов удаленной стороной приведут к неудаче. Протокол передачи файлов, FTP (File Transfer Protocol), использует именно такой метод и может отказаться работать при трансляции сетевых адресов, если только не будут приняты специальные меры. Протокол интернет-телефонии Н.323 также обладает подобным свойством. Можно улучшить метод NAT и заставить его корректно работать с Н.323, но невозможно же дорабатывать его всякий раз, когда появляется новое приложение.

В-шестых, поскольку поле Порт источника является 16-разрядным, то на один IP-адрес может быть отображено примерно 65 536 местных адресов машин. На самом деле это число несколько меньше: первые 4096 портов зарезервированы для служебных нужд. В общем, если есть несколько IP-адресов, то каждый из них может поддерживать до 61 440 местных адресов.

Эти и другие проблемы, связанные с трансляцией сетевых адресов, обсуждаются в RFC 2993. Обычно противники использования NAT говорят, что решение проблемы нехватки IP-адресов путем создания временной заплатки только мешает процессу настоящей эволюции, заключающемуся в переходе на IPv6. Но если вернутся в реальность, то мы увидим, что в большинстве случаев NAT - это просто незаменимая вещь, особенно для малых офисов с числом компьютеров от нескольких штук до нескольких десятков. NAT можно реализовать собственными силами в OS Linux используя

Компьютер подключается к глобальной сети несколькими способами. Это может быть прямое подключение, в этом случае имеется внешний IP адрес (динамический или статический), который виден из интернета. Или же подключение может осуществляться через маршрутизатор. При таком подключении внешний адрес имеет только роутер, а все подключенные к нему пользователи являются клиентами другой сети. Роутер берет на себя распределение входящего и исходящего трафика между клиентами и интернетом. Возникает ряд проблем при подключении через маршрутизатор:

• перестают работать торрент-клиенты;
• нет возможности подключиться к игровому онлайн серверу;
• нет обращений к серверу внутренней сети из вне ни по одному протоколу и ни на один порт.

Решить проблему помогает правильная настройка маршрутизатора, а именно сервиса NAT на нем. Для того, чтобы понять, как настроить NAT на роутере , необходимом узнать, что такое трансляция адресов и для чего это используется.

NAT: общие определения

NAT (network address translation) или трансляция сетевых адресов - это процесс перевода внутренних или локальных адресов во внешние. NAT используется абсолютно всеми маршрутизаторами независимо от их конфигурации, назначения и стоимости. По умолчанию роутер запрещает напрямую обращаться к любому устройству, находящимися внутри сети. Он блокирует доступ на любые порты для входящих соединений поступающие из интернета.

Но NAT и Firewall это суть разные понятия. Firewall просто запрещает доступ к ресурсу по определенному TCP или UDP порту, может устанавливаться на локальной машине для ограничения доступа только к ней или же на сервере для фильтрации трафика по всей локальной сети. Перед NAT задача стоит более развернуто. Сервис запрещает или разрешает доступ внутри сети по конкретному IP адресу или диапазону адресов. Таким образом клиент, который обращается к ресурсу не видит действительного IP адреса ресурса. NAT переводит внутренний IP в адрес, который будет виден из интернета.

Чтобы проверить находится ли компьютер за NAT или транслирует в интернет реальный адрес можно следующим образом:

• в Windows нужно нажать «Пуск - Выполнить - cmd» и прописать ipconfig и нажать «Ввод»;
• в Linux и MacOS в терминале выполняется ifconfig .

Вывод команды показывает следующие данные:

• IP - реальный, действительный адрес компьютера;
• Subnet mask - маска подсети;
• Gateway - адрес шлюза маршрутизатора.

Как теперь разобрать является ли адрес локальным или же напрямую «смотрит» в интернет. Согласно спецификации, существует четыре диапазона адресов, которые ни при каких обстоятельствах не используются в интернете, а являются исключительно локальными:

1. 0.0.0 - 10.255.255.255
2. Х.0.0 - 172.Х.255.255, где Х в диапазоне от 16 до 31.
3. 168.0.0 - 192.168.255.255
4. 254.0.0 - 169.254.255.255

В том случае, когда адрес машины попадает в один из этих диапазонов, следует считать, что компьютер находится в локальной сети или «за» NAT. Можно также дополнительно использовать специальные службы, которых есть множество в интернете для определения реального IP адреса. Теперь стало понятнее находится ли компьютер за NAT в роутере что это за сервис, и за то он отвечает.

Проблемы NAT и возможности решения

С момента появления NAT сразу же стали проявляться проблемы. Невозможно было получить доступ по отдельному протоколу или в работе отдельных программ. Данные проблемы так и не удалось полностью устранить, получилось только найти некоторые варианты решения только с использованием трансляции адресов, но ни один вариант решения не является правильным с точки зрения спецификаций администрирования.

В качестве примера можно рассмотреть протокол передачи файлов (FTP), который был саммым распространенным к появлению NAT. Для файловых серверов (FTP) ключевым является реальный IP адрес компьютера, который посылает запрос на доступ. Здесь преобразование адресов не работает, потому что запрос на сервер отправляется с IP, невидимого из интернета. Нет возможности создать сессию клиент-сервер для загрузки файлов. Обойти проблему помогает использование FTP в пассивном режиме. В этом режиме используется другой набор команд, и работа ведется через специальный прокси-сервер, который дополнительно открывает другой порт для соединения и передает его программе клиенту. Проблемой такого решения является то, что необходимо использовать сторонние FTP клиенты.

Полностью избавиться от проблемы доступа получилось только с появлением SOCKS (Socket Secure) протокола. Этот протокол позволяет обмениваться данными через прокси-сервер в «прозрачном» режиме. То есть сервер не будет знать, что происходит подмена адресов с локальных на глобальные и наоборот. Изобретение SOCKS позволило избавиться от ряда проблем и упростить работу администрирования сети:

• создает на сервере службу, слушающую входящие запросы, что позволяет обслуживать многосвязные протоколы наподобие FTP;
• нет необходимости использовать и обслуживать службу DNS внутри локальной сети. Теперь такая задача возложена на кэширующие прокси;
• дополнительные способы авторизации позволяют с большей эффективностью проводить отслеживание и фильтрацию пакетов. Средствами NAT можно фильтровать запросы только по адресам.

Использование NAT и SOCKS не всегда оправдано с точки зрения сетевого администрирования. Иногда более целесообразным является использование специализированных прокси, которых существуете множество для любого протокола передачи данных.

Настройка NAT на компьютере

Все современные операционные системы имеют уже встроенный NAT. В Windows эта функция реализована с 1999 года с появлением Windows XP. Управление NAT осуществляется непосредственно через свойства сетевого подключения. Чтобы настроить службу нужно сделать следующее:

• Через меню «Пуск» запустить программу «Панель управления».
• Найти иконку «Сетевые подключения» и запустить ее.
• В новом окне кликнуть правой кнопкой мыши на активном сетевом подключении и выбрать в выпадающем списке «Свойства».
• Перейти на вкладку «Дополнительно».
• Установить галочки напротив «Разрешить другим пользователям сети использовать подключение к интернету данного компьютера».
• Подтвердить изменение кнопкой «Ок».

Если при выведется сообщение что невозможно запустить службу общего доступа, нужно убедиться, что запущена служба DHCP-клиент. При необходимости можно установить запуск службы принудительно, а не по запросу автоматически.

Настройка NAT на маршрутизаторе

Что такое NAT в роутере , целесообразность его использования и проблемы, которые он может создать было описано выше, теперь можно перейти непосредственно к реализации задачи. Настройка службы на роутере зависит от его модели, используемой прошивки и других параметров. Но достаточно понять механизм, чтобы не возникало сложностей и вопросов по настройке отдельного устройства. Для настройки выполняются следующие действия (в качестве примера настройки выполняются на роутере Zyxel на прошивке v1):

• В браузере зайти на страницу настроек роутера.
• Перейти в меню «Network — Routing» на вкладку «Policy routing».

Открывшаяся страница и будет той, которая управляет политиками доступа и маршрутизацией. Здесь необходимо включить службу, активировав переключатель в положение «Enable». Сами настройки выполняются в группе «Criteria». Выбираются параметры NAT по нескольким категориям фильтров:

• User - трансляция по определенному пользователю.
• Incoming - по сетевому интерфейсу.
• Source Address - подмена адреса по адресу источника.
• Destination Address - по адресу конечного получателя
• Service - по конкретному порту службы.

В качестве объекта перенаправления можно выбрать следующие варианты:

• Auto - автоматический выбор объекта назначения. По умолчанию установлен Wan интерфейс.
• Gateway - шлюз, указанный заранее в настройках.
• VPN Tunel - соответственно через VPN туннель.
• Trunk - диапазон интерфейсов, настроенных на совместную работу.
• Interface - конкретный интерфейс по выбору.

В каждом отдельно взятом роутере настройки и название пунктов меню может отличаться, но принцип построения NAT остается неизменным.