nat технология что это
NAT (Network Address Translation) для новичков
Приветствую всех читателей данной статьи!
Данная статья будет полезна как новичкам в IT сфере, так и неопытным системным администраторам/ сетевым инженерам. Здесь затрагиваются понятия и принцип работы технологии NAT, ее значение в наше время, виды и создание с конфигурированием в программе-симуляторе Cisco Packet Tracer.
Введение
С задачей объединения устройств в единую сеть помогают различные компании, занимающиеся разработкой и внедрением сетевого оборудования.На сей момент на рынке сетевого оборудования доминируют компании Cisco Systems и Huawei. В данной статье будем вести работу с оборудованием Cisco.
В операционной системе IOS представлен специфичный интерфейс командой строки CLI (Command Line Interface). В этом интерфейсе возможно использовать некоторое количество команд. Количество зависит от выбранного режима и от уровня привилегий пользователя (пользовательский, привилегированный, глобальной конфигурации и специфической конфигурации).
Нехватка IP адресов. Технология NAT
В 80х годах ХХ века заложили основу IPv4, позволяющую создавать
4.3 млрд. адресов, но никто не предполагал, что этот запас так быстро иссякнет. С каждым годом появлялось все больше и больше пользователей и с 25 ноября 2019г. в России и в Европе официально закончились IP адреса. Лимит исчерпан.
Для решения этой проблемы было придумано несколько способов:
Первый способ заключается в усилении контроля за IP адресами.
Пусть существует некоторый сайт N с IPv4 xxx.xxx.xxx.xxx, и его хост решил прекратить его поддержание данного сайта. Сайт заброшен, а IP продолжает числиться как занятый и таких случаев может быть очень много. То бишь необходимо провести «инвентаризацию» IP адресов и изъять неиспользуемые/заброшенные.
Протокол IPv6 разработан как преемник протокола IPv4. Основные преимущества IPv6 над IPv4 заключаются в увеличенном адресном пространстве (IPv4 имел 32 бита, что равнялось 2 32 адресам, а IPv6 имел 128 бит, что равнялось 2 128 адресам), 6 версия протокола стала безопаснее (т.к. в v4 не предусматривались многие аспекты безопасности, ибо расчет был на сторонние ПО, а в v6 появились контрольные суммы и шифрование пакетов), однако это далеко не все преимущества IPv6 над IPv4.
Проблема, казалось бы, решена, однако перейти с протокола IPv4 на IPv6 вызывает трудности, потому что эти протоколы несовместимы. И изюминкой причины тяжелого перехода на 6 версию протокола является денежная стоимость. Многие кампании не готовы вложить достаточное кол-во средств для перехода, хоть и стоит отметить, что процесс перехода с 4 на 6 версию постепенно идет.
Cогласно документу RFC 1918, IANA зарезервировала 3 блока адресов для частных IP (серых) (рис 1), остальные же IP адреса носят название публичных адресов (белых).
рис.1
Маршрутизатор подменяет обратный IP-адрес пакета на свой внешний (видимый из интернета) IP-адрес и меняет номер порта (чтобы различать ответные пакеты, адресованные разным локальным компьютерам). Комбинацию, нужную для обратной подстановки, маршрутизатор сохраняет у себя во временной таблице. Через некоторое время после того, как клиент и сервер закончат обмениваться пакетами, маршрутизатор сотрет у себя в таблице запись об n-ом порте за сроком давности.
Существует множество типов технологии NAT, однако основными принято считать: Статический NAT (Static Network Address Translation), Динамический NAT (Dynamic Network Address Translation) и Перегруженный NAT (Network Address Translation Overload).
Статический NAT применяют для отображения незарегистрированного IP-адреса на зарегистрированный IP-адрес на основании один к одному. Особенно полезно, когда устройство должно быть доступным снаружи сети.
рис 2
Статический NAT используется чаще всего в корпоративных сетях, когда необходимо, чтобы какой-либо IP адрес всегда был доступен из глобальной сети. Зачастую статическим IP наделяют сервера и помещают их в DМZ (рис 2).
Подготовка компьютерной сети
Логическая схема топологии сети будет выглядеть как показано на изображении (рис 3)
рис 4
рис 5
Теперь нужно настроить непосредственно маршрутизатор. Технология sub-interface позволяет объединять несколько виртуальных интерфейсов в один и подключить их к физическому интерфейсу (на маршрутизаторе выбран физический интерфейс fa0/0). Необходимо дать для каждого VLAN’а свой под-интерфейс (показано красным на рис 5) и выдать им IP адрес (показано зеленым на рис 5).
Таким образом, в будущем мы будем NAT’ить трафик.
Дадим серверу статичный IP 192.168.3.2, а остальных оставим для динамического распределения адресов.
После настройки DHCP, нужно прописать на каждом саб-интерфейсе в R0 команду «ip helper-address 192.168.3.2», тем самым указывая, куда стоит обращаться для получения IP адреса.
После данной команды, устройства получат запрашиваемые IP адреса.
рис 6
Пингуем с рандомного ПК сам сервер (1 пинг) и шлюзы маршрутизатора (2- 3 пинг) (рис 6).
Дальше для удобства будем эмулировать подключение к провайдеру, путем создания в программе-симуляторе РС провайдера, сервера Serv2 с IP 213.234.60.2 (эмулирующий остальную сеть интернет) и роутера R3.
Настройка NAT
Ну и наконец-то мы дошли до самой настройки NAT.
Для внедрения NAT нужно определиться какие порты будут внешними(outside), а какие внутренними(inside).
рис 7
рис 8 рис 9
А теперь, на финал, внедрим NAT Overload на R0.
Для этого создадим ACL и пропишем там сети, которые должны «натиться» (показано синим на рис 9) и, показав что нужно «натить», активируем лист (показано красным на рис 9).
Таким образом, реализовав статическую и динамическую (типа PAT) настройку NAT, мы смогли защитить небольшую сеть от подключения извне.
Надеюсь вам понравилась данная статья.
Спасибо за ее чтение, всем хорошего настроения 🙂
Технология преобразования сетевых адресов (NAT)
Одной из проблем в развитии сетей является ограниченное количество существующих IPv4 адресов — их около 4,3 миллиарда. С повсеместным распространением интернета и взрывообразным ростом количества пользователей, стало очевидно, что этого недостаточно. Возникла потребность в инструменте, способном решить эту проблему (по крайней мере до момента, когда будут внедрены IPv6) — и одним из таких инструментов стала технология NAT (Network Address Translation).
Что такое NAT
При проектировании сетей обычно применяются частные IP-адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16. Их используют внутри сети площадки или организации для поддержания локального взаимодействия между устройствами, а не для маршрутизации во всемирной сети. Чтобы устройство с адресом IPv4 могло обратиться к другим устройствам или ресурсам через интернет, его частный адрес должен быть преобразован в публичный и общедоступный. Такое преобразование — это главное, что делает NAT, специальный механизм преобразования приватных адресов в общедоступные.
Поддержка NAT в сочетании с приватными IPv4 адресами стала эффективным способом сохранения общедоступных адресов IPv4. Механизм дает возможность многочисленным устройствам, каждое из которых имеет собственный приватный адрес, использовать единый общедоступный адрес IPv4. Дополнительным плюсом NAT является повышение уровня безопасности и конфиденциальности сети, за счет того, что он скрывает приватные адреса IPv4.
Маршрутизатор NAT можно настроить с одним или несколькими общедоступными IPv4-адресами, которые называют пулом NAT. При отправке трафика устройством из внутренней сети во внешнюю сеть, маршрутизатор преобразует его внутренний IPv4-адрес в один из адресов, входящих в состав пула. В результате действия такого механизма весь, исходящий из сети трафик внешние устройства «видят» с общедоступным адресом IPv4, который можно назвать NAT IP адресом.
Действие маршрутизатора NAT осуществляется на границе тупиковой сети, получившей название Stub-сети. Она связана с соседней сетью одним соединением, имеет один вход и один выход. При установлении связи между устройствами внутри и снаружи Stub-сети пакет отправляется пограничному маршрутизатору, который исполняет процесс NAT. В результате этого процесса внутренний приватный адрес устройства преобразуется в публичный наружный адрес, поддающийся маршрутизации.
Терминология NAT
В соответствии с принятой терминологией NAT внутренняя сеть понимается как набор сетей, которые подлежат терминологии. Под внешней понимают все другие сети.
Чтобы определить, что такое NAT-адрес, нужно учитывать его нахождение в частной сети или в интернете, а также тип трафика (входящий или исходящий). В зависимости от этих факторов устанавливаются следующие четыре обозначения:
Нужно учитывать, что терминология NAT всегда строится с позиции устройства с транслируемым адресом.
Типы NAT
Для понимания, что такое NAT в сети, необходимо разобраться с классификацией трансляции. В частности, по способу сопоставления адресов, бывают такие типы трансляции NAT:
Рассмотрим подробнее, что такое каждый из этих типов NAT.
Статический NAT
Этот тип NAT использует принцип «один к одному» при сопоставлении локальных и глобальных адресов. Настройки сопоставлений, установленные сетевым администратором, остаются неизменными. При отправке сетевыми устройствами трафика в интернет выполняется преобразование их внутренних локальных адресов в настроенные администратором глобальные внутренние адреса. Для внешних сетей устройства, которые работают во внутренней сети со статическим NAT, имеют общедоступные адреса IPv4.
Static NAT Type — это то, что хорошо подходит для веб-серверов, а также для устройств, которым необходим доступный из интернета согласованный адрес. Реализация статистического NAT требует наличия числа общедоступных адресов, достаточного для удовлетворения общего числа одновременных пользовательских сеансов.
Пример статической NAT таблицы:
Inside Local Address
Inside Global Adress
Динамический NAT
Тип динамического NAT работает с пулом публичных адресов, которые назначаются на основе принципа «первым пришел, первым обслужен». При запросе внутренним устройством доступа к интернету динамическим NAT производится назначение из пула общедоступного адреса IPv4. Как и в случае со статическим, для динамического типа NAT необходимо достаточное число общедоступных адресов, чтобы удовлетворить совокупное число одновременных пользовательских сеансов.
Пример динамической NAT таблицы:
Inside Local Address
Inside Global Adress
Port Address Translation (PAT)
Это наиболее распространенный тип NAT. При использовании Port Address Translation NAT подключение осуществляет трансляцию нескольких приватных адресов на один или несколько общедоступных. Этот принцип используется в большинстве маршрутизаторов, которые устанавливаются дома у частных абонентов. Адрес назначается провайдером маршрутизатором. При этом одновременный доступ к интернету могут получать несколько домашних пользователей.
Применение PAT позволяет сопоставлять несколько адресов с одним или несколькими. Это возможно благодаря отслеживанию каждого приватного адреса по номеру порта. После начала сеанса TCP/IP устройство генерирует номер порта источника TCP или UDP, что позволяет идентифицировать сеанс. При получении пакета от клиента NAT-маршрутизатором, он однозначно идентифицирует перевод NAT, используя номер собственного исходного порта. Схема PAT гарантирует использование разных портов TCP устройствами для каждого сеанса. При поступлении ответа от сервера при этом типе NAT номер порта источника уже используется как номер порта получателя. Это позволяет маршрутизатору однозначно правильно передавать пакеты.
Маршрутизатор выполняет обработку каждого пакета и определяет устройство, с которого он выслан, используя номер порта. Адресом источника (Source Address) в этой схеме будет локальный адрес устройства с добавлением номера порта, который был назначен TCP/IP. Адресом назначения (Destination Address) при использовании TAP будет внешний локальный адрес с добавлением номера служебного порта, например, порта службы 80: HTTP. При ответе веб-сервера производится обратная трансформация адресов.
Часто на маршрутизаторе порты клиента изменяются, поскольку ранее назначенные порты могут закрепляться за другими работающими сеансами. В процессе NAT сессии PAT стремится сохранить исходный порт источника. Если же этот порт уже занят, выполняется назначение первого из доступных номеров. Поиск свободного номера начинается с начала группы портов 0–511, 512–1023 или 1024–65535. В случае если свободных портов не остается и имеется больше одного внешнего адреса в пуле адресов, PAT переходит на новый адрес для поиска исходного порта источника.
Между традиционным NAT и PAT есть существенные отличия. NAT осуществляет перевод IPv4-адреса на основе принципа «один к одному» между приватными и общедоступными IPv4-адресами. С другой стороны, PAT трансформирует и адрес, и номер порта. Перенаправление входящих пакетов в NAT интернете выполняется на заданный хостом IP-адрес источника. В схеме PAT предусматривается только один или небольшое число публично открытых адресов IPv4, поэтому перенаправление входящих данных осуществляется на основе NAT таблицы маршрутизатора.
Преимущества и недостатки NAT
Понимая, как работает NAT, можно выделить комплекс серьезных преимуществ, которые предоставляет этот механизм при организации сетей. В том числе к основным плюсам относятся такие свойства Network Address Translation:
Особенностью NAT является организация прямого взаимодействия хостов в интернете с устройством, поддерживающим Network Address Translation, а не с фактическим хостом в локальной сети.
Тут выявляются некоторые недостатки механизма, в том числе:
В то же время NAT остается эффективным и удобным механизмом, применяемым для организации работы сетей с использованием адресов IPv4.
ИТ База знаний
Полезно
— Онлайн генератор устойчивых паролей
— Онлайн калькулятор подсетей
— Руководство администратора FreePBX на русском языке
— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке
— Руководство администратора по Linux/Unix
Навигация
Серверные решения
Телефония
FreePBX и Asterisk
Настройка программных телефонов
Корпоративные сети
Протоколы и стандарты
NAT на пальцах: что это?
2 32 или 4 294 967 296 IPv4 адресов это много? Кажется, что да. Однако с распространением персональных вычислений, мобильных устройств и быстрым ростом интернета вскоре стало очевидно, что 4,3 миллиарда адресов IPv4 будет недостаточно. Долгосрочным решением было IPv6, но требовались более быстрое решение для устранения нехватки адресов. И этим решением стал NAT (Network Address Translation).
Онлайн курс по Кибербезопасности
Изучи хакерский майндсет и научись защищать свою инфраструктуру! Самые важные и актуальные знания, которые помогут не только войти в ИБ, но и понять реальное положение дел в индустрии
Что такое NAT
Сети обычно проектируются с использованием частных IP адресов. Это адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16. Эти частные адреса используются внутри организации или площадки, чтобы позволить устройствам общаться локально, и они не маршрутизируются в интернете. Чтобы позволить устройству с приватным IPv4-адресом обращаться к устройствам и ресурсам за пределами локальной сети, приватный адрес сначала должен быть переведен на общедоступный публичный адрес.
И вот как раз NAT переводит приватные адреса, в общедоступные. Это позволяет устройству с частным адресом IPv4 обращаться к ресурсам за пределами его частной сети. NAT в сочетании с частными адресами IPv4 оказался полезным методом сохранения общедоступных IPv4-адресов. Один общедоступный IPv4-адрес может быть использован сотнями, даже тысячами устройств, каждый из которых имеет частный IPv4-адрес. NAT имеет дополнительное преимущество, заключающееся в добавлении степени конфиденциальности и безопасности в сеть, поскольку он скрывает внутренние IPv4-адреса из внешних сетей.
Маршрутизаторы с поддержкой NAT могут быть настроены с одним или несколькими действительными общедоступными IPv4-адресами. Эти общедоступные адреса называются пулом NAT. Когда устройство из внутренней сети отправляет трафик из сети наружу, то маршрутизатор с поддержкой NAT переводит внутренний IPv4-адрес устройства на общедоступный адрес из пула NAT. Для внешних устройств весь трафик, входящий и выходящий из сети, выглядит имеющим общедоступный IPv4 адрес.
Маршрутизатор NAT обычно работает на границе Stub-сети. Stub-сеть – это тупиковая сеть, которая имеет одно соединение с соседней сетью, один вход и выход из сети.
Когда устройство внутри Stub-сети хочет связываться с устройством за пределами своей сети, пакет пересылается пограничному маршрутизатору, и он выполняет NAT-процесс, переводя внутренний частный адрес устройства на публичный, внешний, маршрутизируемый адрес.
Терминология NAT
В терминологии NAT внутренняя сеть представляет собой набор сетей, подлежащих переводу. Внешняя сеть относится ко всем другим сетям.
При использовании NAT, адреса IPv4 имеют разные обозначения, основанные на том, находятся ли они в частной сети или в общедоступной сети (в интернете), и является ли трафик входящим или исходящим.
NAT включает в себя четыре типа адресов:
При определении того, какой тип адреса используется, важно помнить, что терминология NAT всегда применяется с точки зрения устройства с транслированным адресом:
Рассмотрим это на примере схемы.
На рисунке ПК имеет внутренний локальный (Inside local) адрес 192.168.1.5 и с его точки зрения веб-сервер имеет внешний (outside) адрес 208.141.17.4. Когда с ПК отправляются пакеты на глобальный адрес веб-сервера, внутренний локальный (Inside local) адрес ПК транслируется в 208.141.16.5 (inside global). Адрес внешнего устройства обычно не переводится, поскольку он является общедоступным адресом IPv4.
Стоит заметить, что ПК имеет разные локальные и глобальные адреса, тогда как веб-сервер имеет одинаковый публичный IP адрес. С его точки зрения трафик, исходящий из ПК поступает с внутреннего глобального адреса 208.141.16.5. Маршрутизатор с NAT является точкой демаркации между внутренней и внешней сетями и между локальными и глобальными адресами.
Термины, inside и outside, объединены с терминами local и global, чтобы ссылаться на конкретные адреса. На рисунке маршрутизатор настроен на предоставление NAT и имеет пул общедоступных адресов для назначения внутренним хостам.
На рисунке показано как трафик отправляется с внутреннего ПК на внешний веб-сервер, через маршрутизатор с поддержкой NAT, и высылается и переводится в обратную сторону.
Рассмотрим весь путь прохождения пакета. ПК с адресом 192.168.1.5 пытается установить связь с веб-сервером 208.141.17.4. Когда пакет прибывает в маршрутизатор с поддержкой NAT, он считывает IPv4 адрес назначения пакета, чтобы определить, соответствует ли пакет критериям, указанным для перевода. В этом пример исходный адрес соответствует критериям и переводится с 192.168.1.5 (Inside local address) на 208.141.16.5. (Inside global address). Роутер добавляет это сопоставление локального в глобальный адрес в таблицу NAT и отправляет пакет с переведенным адресом источника в пункт назначения. Веб-сервер отвечает пакетом, адресованным внутреннему глобальному адресу ПК (208.141.16.5). Роутер получает пакет с адресом назначения 208.141.16.5 и проверяет таблицу NAT, в которой находит запись для этого сопоставления. Он использует эту информацию и переводит обратно внутренний глобальный адрес (208.141.16.5) на внутренний локальный адрес (192.168.1.5), и пакет перенаправляется в сторону ПК.
Типы NAT
Существует три типа трансляции NAT:
Static NAT
Статический NAT использует сопоставление локальных и глобальных адресов один к одному. Эти сопоставления настраиваются администратором сети и остаются постоянными. Когда устройства отправляют трафик в Интернет, их внутренние локальные адреса переводятся в настроенные внутренние глобальные адреса. Для внешних сетей эти устройства имеют общедоступные IPv4-адреса. Статический NAT особенно полезен для веб-серверов или устройств, которые должны иметь согласованный адрес, доступный из Интернета, как например веб-сервер компании. Статический NAT требует наличия достаточного количества общедоступных адресов для удовлетворения общего количества одновременных сеансов пользователя.
Статическая NAT таблица выглядит так:
Dynamic NAT
Динамический NAT использует пул публичных адресов и назначает их по принципу «первым пришел, первым обслужен». Когда внутреннее устройство запрашивает доступ к внешней сети, динамический NAT назначает доступный общедоступный IPv4-адрес из пула. Подобно статическому NAT, динамический NAT требует наличия достаточного количества общедоступных адресов для удовлетворения общего количества одновременных сеансов пользователя.
Динамическая NAT таблица выглядит так:
Port Address Translation (PAT)
PAT транслирует несколько частных адресов на один или несколько общедоступных адресов. Это то, что делают большинство домашних маршрутизаторов. Интернет-провайдер назначает один адрес маршрутизатору, но несколько членов семьи могут одновременно получать доступ к Интернету. Это наиболее распространенная форма NAT.
С помощью PAT несколько адресов могут быть сопоставлены с одним или несколькими адресами, поскольку каждый частный адрес также отслеживается номером порта. Когда устройство инициирует сеанс TCP/IP, оно генерирует значение порта источника TCP или UDP для уникальной идентификации сеанса. Когда NAT-маршрутизатор получает пакет от клиента, он использует номер своего исходного порта, чтобы однозначно идентифицировать конкретный перевод NAT. PAT гарантирует, что устройства используют разный номер порта TCP для каждого сеанса. Когда ответ возвращается с сервера, номер порта источника, который становится номером порта назначения в обратном пути, определяет, какое устройство маршрутизатор перенаправляет пакеты.
Картинка иллюстрирует процесс PAT. PAT добавляет уникальные номера портов источника во внутренний глобальный адрес, чтобы различать переводы.
Поскольку маршрутизатор обрабатывает каждый пакет, он использует номер порта (1331 и 1555, в этом примере), чтобы идентифицировать устройство, с которого выслан пакет.
Для исходного адреса маршрутизатор переводит внутренний локальный адрес во внутренний глобальный адрес с добавленным номером порта. Адрес назначения не изменяется, но теперь он называется внешним глобальным IP-адресом. Когда веб-сервер отвечает, путь обратный.
В этом примере номера портов клиента 1331 и 1555 не изменялись на маршрутизаторе с NAT. Это не очень вероятный сценарий, потому что есть хорошая вероятность того, что эти номера портов уже были прикреплены к другим активным сеансам. PAT пытается сохранить исходный порт источника. Однако, если исходный порт источника уже используется, PAT назначает первый доступный номер порта, начиная с начала соответствующей группы портов 0-511, 512-1023 или 1024-65535. Когда портов больше нет, и в пуле адресов имеется более одного внешнего адреса, PAT переходит на следующий адрес, чтобы попытаться выделить исходный порт источника. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет доступных портов или внешних IP-адресов.
Подведем итоги в сравнении NAT и PAT. Как видно из таблиц, NAT переводит IPv4-адреса на основе 1:1 между частными адресами IPv4 и общедоступными IPv4-адресами. Однако PAT изменяет как сам адрес, так и номер порта. NAT перенаправляет входящие пакеты на их внутренний адрес, ориентируясь на входящий IP адрес источника, заданный хостом в общедоступной сети, а с PAT обычно имеется только один или очень мало публично открытых IPv4-адресов, и входящие пакеты перенаправляются, ориентируясь на NAT таблицу маршрутизатора.
А что относительно пакетов IPv4, содержащих данные, отличные от TCP или UDP? Эти пакеты не содержат номер порта уровня 4. PAT переводит наиболее распространенные протоколы, переносимые IPv4, которые не используют TCP или UDP в качестве протокола транспортного уровня. Наиболее распространенными из них являются ICMPv4. Каждый из этих типов протоколов по-разному обрабатывается PAT. Например, сообщения запроса ICMPv4, эхо-запросы и ответы включают идентификатор запроса Query ID. ICMPv4 использует Query ID. для идентификации эхо-запроса с соответствующим ответом. Идентификатор запроса увеличивается с каждым отправленным эхо-запросом. PAT использует идентификатор запроса вместо номера порта уровня 4.
Преимущества и недостатки NAT
NAT предоставляет множество преимуществ, в том числе:
Но у NAT есть некоторые недостатки. Тот факт, что хосты в Интернете, по-видимому, напрямую взаимодействуют с устройством с поддержкой NAT, а не с фактическим хостом внутри частной сети, создает ряд проблем:
Мы разобрали основные принципы работы NAT. Хотите больше? Прочитайте нашу статью по настройке NAT на оборудовании Cisco.
Полный курс по Сетевым Технологиям
В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer