基于网络地址转换的网络研究与实践

论文总字数：31249字

摘 要

随着计算机的不断普及、Internet的飞速发展，全球网民的数量也在随之激增。在极大的改善了我们的生活，给我们带来了诸多便利的同时，我们也必须意识到：IP地址匮乏的问题，正在日益突出。

为了解决这一问题，以长期的角度而言，国内外都在推广部署IPv6（128位地址格式，且安全性有所增强）的无疑是一个好方法。但不可否认的是，就中短期而言，IPv4日前仍是占领着的主导地位，因此，NAT（Network Address Translation，网络地址转换）成为了当下最常用的方法。

它通过对现有的地址进行更有效的复用，让一个或多个私网可以共享一个或多个公网IP地址，从而为解决IP地址不足的问题提供了一个行之有效的解决方案。同时，它也可以有效地隐藏内部局域网的主机地址，在一定程度上提高了网络的安全性。

关键词：NAT；IP地址；复用；私有地址；公有地址

Abstract

With the ever-growing popularity of computers and the rapid development of the Internet, the world’s internet-using population is increasing as well. While the Internet greatly improved our lives and brought us a lot of convenience, we need to realize that the shortage of IP address is becoming a serious problem.

In order to solve this problem, from a long-term perspective, many countries are calling for deploying IPv6 (128 digits address format and its security is strengthened to some extend), which is undoubtedly a good method. However, it is undeniable that the IPv4 is still in the dominate position in the short to middle term, therefore, NAT (Network Address Translation) has become today’s most commonly used method.

It makes one or more private networks share one or more public network IP addresses through address overload, which providing an effective and efficient solution to alleviate this problem somewhat. Meanwhile, it can also help hide the internal host address and improve the network security to some extend.

Key words: NAT; IP address; overload; private address; public address

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究内容 2

第二章 IP地址 3

2.1 网络类别 3

2.2 保留的IP地址 3

2.3 私网IP地址/公网IP地址 4

第三章 NAT的基本知识 5

3.1 NAT的定义 5

3.2 NAT的术语 5

3.3 NAT的基本原则 5

第四章 NAT的实现 6

4.1 NAT的类型 6

4.1.1 静态NAT 6

4.1.2 动态NAT 8

4.1.3 网络端口地址转换NAPT 9

4.2 NAT的配置流程 11

第五章 NAT的优缺点 14

5.1 NAT的优点 14

5.2 NAT的缺点 14

第六章 项目实例 15

6.1 项目背景 15

6.2 项目需求 15

6.3 过程与结果 16

第七章 结束语 21

致 谢 22

参考文献（References） 23

附 录 24

第一章 绪论

1.1 引言

随着Internet的飞速发展，互联网已经从当初的“遥不可及的奢侈品”，变为了人们日常生活中不可或缺的一部分。然而，日前我们所仍在使用的IPv4（Internet Protocol version 4，网际协议版本4）的地址资源是有限的，合法的IP地址日益短缺，传统的基于TCP/IP体系的网络地址结构和地址分配策略已无法满足当前网络的飞速发展，这种矛盾使得人们不断探寻是否有行之有效的方法可以解决这一问题。

在传统的IPv4中，IP地址由32位字节组成，它已无法适应当前的主机数量的爆炸性增长，在一定程度上制约了Internet的应用与发展，因此，就中长期而言，IANA（The Internet Assigned Numbers Authority，互联网数字分配机构）于2003年提出了以新一代的IPv6（Internet Protocol Version 6，互联网协议第6版）代替IPv4的解决方案。它将IP地址的长度由原来的32位扩展为128位（可容纳2^128≈3.4×10^38个主机），从而从根本的“开源”角度，极好的解决IP地址濒临耗尽的问题，并且，较IPv4而言，它将IPsec融入其中，具有更高的安全性，并且加入了对自动配置的支持，使得对网络（尤其是局域网）的管理更加方便快捷。

但与此同时，不可置否，IPv6成本更高，有些技术仍有待进一步解决，且它的全面推广与部署扔需要一段时间，因此，IPv4仍是占领着当前的主导地位的。

在“开源”之外，人们也从未停止对“节流”的探寻——私有网络地址、CIDR（Classes InterDomain Routing，无类别域间路由），以及本篇论文中所着重研究的NAT（Network Address Translation，网络地址转换）等技术，都是人们不断探索研究的成果。

私有网络地址技术是将IPv4中预留的私有IP地址（1个A类地址、16个B类地址、255个类C地址）分配给局域网中的内部主机，仅为需要和外网通信的内部结点分配全球唯一的公有IP地址，从而在一定程度上缓解了IP地址短缺的问题，然而，这样还是远远不够的。

CIDR技术就是利用网络掩码的超网技术，在保证了IP地址的利用率的同时，也提高了路由表的效率。简单来说，它就是将网络位变短，主机位变长，当内网与Internet相连的结点超过255个，而又远远小于65536个，申请B类地址又比较困难时，CIDR技术就成为一种有效的地址分配方式，但是，这也仍然不足以完全解决IP地址短缺的问题。

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