NAT技术在网络中的应用与实现(2)

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NAT技术在网络中的应用与实现

图3-2 PAT转换示例

第三章 NAT的应用实例

3.1 实例描述

GNS 3是一款优秀的开源的具有图形化界面的网络模拟软件，适用于多种操作系统。它可以用于运行Cisco的网络操作系统IOS，或者是检验将要在真实的路由器上部署实施的相关配置。同时它也可以仿真一个网络的性能。简单说来它是Dynamips的一个图形前端，而Dynamips则是直接运行IOS来模拟Cisco的路由器，通过利用本地网卡，可虚拟出多个虚拟网上来模拟PC等设备的网络连接。故本课程设计使用GNS 3来模拟一个NAT的应用实例，使用Cisco的3600系列路由器来进行NAT转换。实例在GNS 3软件中的网络拓扑图如图4-1所示，加上了适当的备注。

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图4-1 实例网络拓扑图

本实例中内网中在主机pc1、pc2和内部Web服务器，需要达到的目标是pc1和pc2需要通过Internet访问外部Web服务器，而外部主机则需要访问内网中的内部Web服务器。而现有的ISP分配的可用地址只有两个：202.100.100.1/24和202.100.100.2/24。

3.2 实例的设计方案

内网中使用的是A类的私有IP地址，而私有IP地址是不能在公网是被路由的，所以要达到实例的预期目标，必须在边界路由器处对私有IP地址进行NAT转换，方可获取网络服务。然而NAT有三种类型，下一步就应该确定所使用NAT的类型。

pc1和pc2只需要访问外部Web服务器，无其他特别要求，三种类型都能适合要求，然而内部Web服务器的要求则不一样。外部主机需要可以访问到内部Web服务器，这就决定了内部Web服务器必须随时拥有一个公网的合法IP，才能使外部主机可以随时访问。若内部Web服务器使用动态NAT和PAT来配置，在任意一个时刻内，外部主机根本无法知道内部Web服务器使用的地址与端口号，也就无法进行访问了。因此，内部Web服务器需要使用静态NAT的转换，来保证任意时刻都能为外部主机提供服务。内部Web服务器的静态NAT转换需要分配一个公网IP地址，不妨就定为202.100.100.2/24，现在只剩下一个公网IP地址可用了。

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若pc1和pc2只使用动态NAT，在任意一个时刻，只有其中一台主机可访问外部网络服务，但如果使用PAT，便可以令两台主机同时访问外部网络而不想到干扰。综上所述，内部Web服务器应该使用静态NAT配置，而pc1和pc2则使用PAT配置，两个公网IP地址202.100.100.1/24和202.100.100.2/24刚好都被利用到。

3.3 实例的配置重点

上面已经分析与设计出实例的配置方案，下面需要做的则是在模拟器上进行配置与运行，测试设计方案是否可行。

在路由器上的各端口的IP地址规划与NAT端口角色如下：

（1）F1/0是内部端口：10.0.1.100/24。

（2）F2/0是内部端口：10.0.0.200/24。

（3）F0/0是外部端口：202.100.100.1/24。

在本规划中，路由器的出口F0/0必须配置成公网IP地址，原因是，内部地址在路由器中被转换成公网IP地址，而外部的服务器与主机根本不知道这一过程，它们只知道与自己通信的源IP地址为202.100.100.1/24和202.100.100.2/24，若不在F0/0上配置两个公网IP地址，外部服务器和外部主机所发的数据包无法到达路由器，也就无法达到实例的通信目标。

首先进行静态NAT的相关配置。在模拟器中登入路由器的控制台，可进行所有功能配置。第一步对内部端口F2/0进行相关的配置如图4-2所示：

图4-2 端口F2/0的配置

第二步在全局配置模式下建立静态NAT的映射，如图4-3所示：

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图4-3 建立静态NAT映射

第三步便要对外部端口F0/0进行相关的配置，如图4-4所示：

图4-4 端口F0/0的配置

然后进行PAT的配置。第一步先对内部端口F1/0进行相关的配置如图4-5所示：

图4-5 端口F1/0的配置

第二步全局配置模式下建立PAT的映射，这与建立静态NAT的映射不一样，需要建立一个访问控制列表（ACL）、一个地址池（尽管只有一个IP地址），并把两者联系起来，如图4-6所示：

图4-6 建立PAT映射

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第三步便要再一次对外部端口F0/0进行相关的配置，但上面静态NAT转换中已经做了，所以可以省略。

命令ip nat inside source list 1 pool pcs overload告诉路由器把匹配access-list 1的IP地址转换成名字叫pcs的IP NAT地址池中的地址，而由于地址池中只有一个地址并在命令末尾带上了“overload”关键字，所以会用相同的IP、不同的端口号进行网络地址转换。

3.4 实例的分析

下面对实例中的路由器中各端口可能出现的数据包进行分析。

当pc1和pc2同时（或较短时间间隔）访问或ping外网的Web服务器时，所发送的数据包会在路由器中被修改源地址，并记录在NAT转换表中，如表4-1所示：

表4-1 PAT转换条目

当外部的Web服务器对pc1和pc2访问作出响应，返回包含服务的数据包时，目的地址将是

202.100.100.1。路由器将返回的数据包对比转换表，根据端口号来识别pc1和pc2，然后根据结果返回相应的内网主机。

当外部主机请求内网中的Web服务器的服务时，会使用NAT转换后的合法公网IP地址，而路由器中会在配置完成后便一直保留一条静态NAT转换的条目，如表4-2所示：

表4-2 静态NAT转换条目

由于静态条目一直存在，所以每次外部主机访问202.100.100.2这个地址时，都会被路由器进行转换，然后再转发到内部Web服务器；当内网中的Web服务器对外

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部主机的访问作出响应，回发的数据包进入路由器时，被根据静态转换条目修改源IP地址。这样，在任意时刻都可以对外部主机提供Web服务。

至此，实例的NAT设计方案基本上符合通信要求。并且由于每次都由路由器进行数据包的IP转换，赶到一定的安全保护作用，但这也揭露出NAT技术的缺点。由于每次都需要路由器对数据包进行转换，而路由器的工作原理是依靠基于CPU与内存计算的软件，并不像交换机基于硬件芯片那样的高性能，故随着路由器的负载增加，NAT的转换时间和数据包时延会迅速增大。考虑到这样的情况下，路由器便成为了网络性能的瓶颈，存在单点失效问题。故实际中使用NAT技术需要非常注意路由器的性能和转换的条目数量，避免路由器崩溃。

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结束语

掌握到实际网络中NAT技术的一般配置方法，了解到网络IP分配地址相关知识，也深入认识到NAT的工作原理与使用优缺点。从NAT实例的设计中，使我认识到一个人的想法很多时候会存在不足与缺点，一个思路成型之前需要反复考虑与推敲，要全面地考虑各种各样问题，才能作出较全面的解决方案。在基本完成本设计后，本人反复思考，觉得自己对NAT技术与实例的分析不一定到位，于是到图书馆和互联网作了资料搜集与知识补充，最后作出了一定的修改。本人的感想是，不要以解决了小的问题而自满，应该想的更深更远，在思考问题之时，不应该固步自封，应该先了解别人思考的优点，再结合自身的知识来全面思虑，才能培养和提高自身的动手实践能力。

本课程设计可能因为本人经验欠缺，做得不太出众，但通 …… 此处隐藏：2108字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……