IPv4地址有限资源，为了减缓IPv4资源消耗，诞生了网络地址转换-NAT。NAT技术为IPv4续命了20年，NAT这一意义重大的技术，竟然没有公认的发明者。NAT第一个版本的RFC作者，只是整理归纳了已被广泛采用的技术。
NAT在当代Internet中被广泛采用，小至家庭网关，大到企业广域网出口甚至运营商业务网络出口。其实NAT在用户身边随处可见，一般家庭宽带接入的ADSL Modem和SOHO路由器都内置了NAT功能，WindowsXP支持网络连接共享，一个用户连接到公网可能会经过多层NAT而对此一无所知。很多企业也为节约IP费用采用NAT接入Internet，但是相比家庭用户有更复杂的需求。
NAT网络地址转换
NAT名字很准确，网络地址转换，就是替换IP报文头部的地址信息。NAT通常部署在一个组织的网络出口位置，通过将内部网络IP地址替换为出口的IP地址提供公网可达性和上层协议的连接能力。
RFC1918规定了三个保留地址段落：10.0.0.0-10.255.255.255；172.16.0.0-172.31.255.255；192.168.0.0-192.168.255.255。这三个范围分别处于A,B,C类的地址段，不向特定的用户分配，被IANA作为私有地址保留。这些地址可以在任何组织或企业内部使用，和其他Internet地址的区别就是，仅能在内部使用，不能作为全球路由地址。
概括NAT处理报文特点
1）网络被分为私网和公网两个部分，NAT网关设置在私网到公网的路由出口位置，双向流量必须都要经过NAT网关；
2）网络访问只能先由私网侧发起，公网无法主动访问私网主机；
3）NAT网关在两个访问方向上完成两次地址的转换或翻译，出方向做源信息替换，入方向做目的信息替换；
4）NAT网关的存在对通信双方是保持透明的；
5）NAT网关为了实现双向翻译的功能，需要维护一张关联表，把会话的信息保存下来。
其中第二个特点打破了IP协议架构中所有节点在通讯中的对等地位，这是NAT最大的弊端，为对等通讯带来了诸多问题，当然相应的克服手段也应运而生。事实上，第四点是NAT致力于达到的目标，但在很多情况下，NAT并没有做到，因为除了IP首部，上层通信协议经常在内部携带IP地址信息。这些我们稍后解释。
按照NAT端口映射方式分类
Full Cone NAT 完全锥形NAT
Restricted Cone NAT 限制锥形NAT
Port Restricted Cone NAT 端口限制锥形NAT，与限制锥形NAT很相似，只不过它包括端口号。
Symmetric NAT 对称NAT，所有从同一个内网IP和端口号发送到一个特定的目的IP和端口号的请求，都会被映射到同一个IP和端口号。
NAT面对的问题
- NAT最大的弊端正在于此——破坏了IP端到端通信的能力
- IP端口有限资源，NAT使IP会话的保持时效变短
- NAT在实现上将多个内部主机发出的连接复用到一个IP上，这就使依赖IP进行主机跟踪的机制都失效了
- NAT通过修改IP首部的信息变换通信的地址
- NAT工作机制依赖于修改IP包头的信息，这会妨碍一些安全协议的工作
IPv6
IPv6吸取了IPv4的教训，被赋予充足地址空间的同时在各个方面做了优化——安全、高效、简洁。但是IPv6无法平滑地取代IPv4，导致IP升级步伐缓慢。尽管网络协议的分层设计很清晰，大量应用层协议和互联网软件中仍内嵌了IPv4地址的处理，要Internet全网升级到IPv6，必须先完成应用的改造。因为NAT和它的穿越技术结合能够满足大部分用户的需求，所以IPv6时代被不断推迟。
IPv4必须退出历史舞台。人们自然会认为，NAT作为IPv4的超级补丁技术使命已经完结。实际情况是，IPv4向IPv6过渡的阶段，NAT仍然是一项必不可少的技术手段。因为Internet无法在一日之内完成全网升级，必然是局部升级，逐渐替换。在两套协议并存的时期，用户和服务资源分布在不同网络之间，跨网访问的需求必须得到满足。这正是NAT所擅长的领域，地址替换，因此NAT-PT应运而生。由于IPv4和IPv6之间的差异，NAT要做的事比以往更复杂，有更多的限制和细节。
NAT仍有其独特的作用，比如隐藏内部网络的地址，实现重叠地址网络的合并等。领略IP领域更多细微但不高深的知识，理解NAT就是理解变换万千的应用世界。
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