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在网络通信过程中，很多时候需要通过公网（Internet）通信，双方都需要通过公网可以识别的马甲进行识别和通信，由于“产能”不足，可用马甲越来越少。

尽管IPv6可以从根本上解决IPv4地址数量不足的问题，但当前众多网络设备和网络应用大多是基于IPv4的。为了在有限的资源下保证双方正常通信，随之引入了NAT地址转换技术，利用公共马甲（公网IP地址）进行通信，从而缓解马甲库存不足的问题。

01什么是NAT地址转换NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种在公网和私网之间进行IP地址转换的技术，它允许将一个网络地址映射到另一个网络地址。NAT技术通过IP数据报文头中的IP地址转换或者端口号转换，来达到地址重用的目的，可以有效地节约Internet公网地址，所有内部主机使用有限的合法地址都可以连接到Internet网络。02NAT是如何工作的

在连接内部网络与外部网络的路由器上，NAT将主机的私网地址转换为公网地址，通过公网地址响应外部网络寻址。

NAT工作方式主要包括：一对一地址转换、一对多地址转换。

一对一地址转换

前面提到，在网络通信过程中的通信双方通过马甲相互识别和通信，一对一地址转换是在内部主机对外访问时，经过路由器“包装”，将内部主机的马甲（IP地址）变为可以在外部网络上自由通行的公共马甲，不要以为内部主机换了个马甲就不认识了，其实内部主机的IP地址与一个外部合法的IP地址对应，保持一对一的关系。如果内部主机马甲过多，当所有的公共马甲都被占用后，其他内部主机就无马甲可换，将无法对外访问。

当内部网络主机想要访问外部主机时，私网地址和公网地址是一一对应的，通信过程如下：

1. 内部主机发送通信请求到外部网络，NAT设备检查内部主机发送的数据包，获取私网地址（源IP地址）。
2. 通过NAT地址表查询与私网地址对应的公网地址，并将数据包内的源IP地址替换为公网地址。
3. NAT设备将替换后的数据包根据目的地址发送至外部网络。
4. 外部网络对其所接收的数据包进行响应，将响应数据包返回至NAT设备。
5. NAT设备根据NAT地址表将目的地址还原为内部主机的私网地址，并将响应数据包返回至对应的内部主机。

一对多地址转换

一对多地址转换是在内部主机对外访问时，将内部主机的带标识的马甲变为外部网络上的带标识的公共马甲，即内部主机地址及端口号与一个外部合法的IP地址及某个传输层的端口号相对应。这样当公共马甲资源不够，无法实现和内部主机的马甲一一对应时，多台内部主机可以共用一个公共马甲对外访问。一对多地址转换使内部主机通过路由器外连接口上的合法外部IP地址进行地址转换，提供内部主机对Internet的访问能力，最大限度节省IP地址资源。

当内部网络主机想要访问外部主机时，通信过程如下：

1. 内部主机发送通信请求到外部网络，NAT设备检查内部主机发送的数据包，获取私网地址（源IP地址）。

2. NAT设备通过NAT地址表中选择一个可用的公共IP地址和端口号替换数据包中的源IP地址。

3. NAT设备将替换后的数据包根据目的地址发送至外部网络。

4. 外部网络对其所接收的数据包进行响应，将响应数据包返回至NAT设备。

5. NAT设备根据NAT地址表将目的地址和端口号还原为内部主机的私网地址，并将响应数据包返回至对应的内部主机。

03NAT有什么优势

NAT主要有以下三个优势：

• 节省资源

  NAT地址转换可以显著地节省公网IP地址，缓解IPv4地址资源匮乏的问题，减少和消除地址冲突发生的可能性。

• 提高网络安全性

  NAT地址转换技术可以有效的隐藏内部局域网中的主机，对外界隐藏内部网络的结构，维持局域网的私密性。

• 灵活接入外部服务

  NAT地址转换可以按照用户的需要，在内部局域网内部提供给外部FTP、WWW、Telnet服务。小型网络也可以通过NAT的方式，使得私有网络灵活的接入Internet。