前段时间公司秋招，经过第一轮的笔试筛选后，还剩下30多个候选人，成哥负责第一轮技术面试。

遇到一个网络工程专业的同学，我问了一个问题，"公司的门户网站需要发布在公网上，应该怎么部署网络环境"。

这位同学回答很简单，"把公网IP地址配置在服务器上，用户直接通过互联网访问到服务器上的门户系统"。

这时我心里一愣，公网IP啥时候直接配置在服务器上了，我还确认了一次，是不是应该通过什么地址转换技术把服务映射到公网吗？很不幸，得到了否定的答案。没有听到成哥想听到的NAT技术。

今天就由成哥带大家研究一下NAT技术，避免面试的时候基础问题回答不上来。

01 NAT技术的背景

随着互联网的快速发展，在公网上可以使用的IPv4地址已经越来越少，但不是所有IPv4地址都可以在互联网上使用的。这是为什么呢？

早在 IPv4 规划的时候就担心IP地址会有不足的情况，而且为了应付某些企业内部的网络设定，于是就有了私有IP (Private IP) 的产生了。

私网IP地址如下：

10.0.0.0 - 10.255.255.255

172.16.0.0 - 172.31.255.255

192.168.0.0 - 192.168.255.255

私网IP地址有它的好处:

（1）大大缓解了公网IP地址不足的情况，不同企业的内网环境所使用的私网地址是可以相同的，因为不同企业的内网机器不会直接互相访问。

（2）内网服务器全部使用私网地址，黑客在公网上无法直接和内网服务器通信，阻断了黑客直接攻击的可能性。

那回到开篇面试题的问题，部署了私网地址的服务器，如何被公网上的用户访问呢？没错，就是通过NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术，将需要发布到公网的系统映射出去，这样服务器就可以和公网上的客户端交互了。

我们知道网络通信，是通过五元组（源IP地址、目标IP地址、源端口号、目标端口号、协议）进行交互的，NAT其实就把五元组中的源IP地址、目标IP地址、源端口号、目标端口号四个关键字段进行转换从而达到特殊的交互环境。

对了，另外还一个点，工作很多年的人也搞不清楚怎么获取自己的公网IP地址，每次去问，他们就会找到的电脑上的私网IP地址，其实方法很简单，浏览器打开百度，搜索"ip"，下面第一个信息就是你的公网IP地址及相应的运营商信息。

02 NAT的分类

根据访问方向，可以把NAT分为源NAT转换和目标NAT转换：

（1）源NAT转换

比如我们在公司的办公环境内，一台PC获取的地址是私网地址192.168.1.2，网关地址192.168.1.1,去访问ping公网的一台服务器100.1.1.1。

实验拓扑如下：

如下图所示，在配置源NAT之前，PC可以ping通网关地址192.168.1.1，但是ping不通公网的服务IP 100.1.1.1。

此时我们在路由器上配置源NAT后，配置如下：

在客户端访问服务器的http服务，可以看到返回200 OK。

源NAT根据源端口是否转换还分为No-PAT和NAPT：

No-PAT( Port Address Translation )方式的NAT：主要用于一对一的IP地址的转换，端口不进行转换。

这种方式使用比较少，也就是一个内网IP会占用一个公网地址， NAT会话超时时，才会释放该公网IP地址，当地址池的地址不足时，将会出现问题。

NAPT( Network Address Port Translation )方式的NAT：主要用于多对一或多对多的地址转换，转换时地址和端口号同时进行转换。

这种方式是比较常用的源NAT转换方式，每个公网IP都会被多个内网IP地址复用。

（2）目标NAT

公司有一台服务器，部署了门户网站，需要将服务发布到公网给公网的客户访问，这时我们用到的就是目标NAT。

实验拓扑如下：

因为服务器的地址192.168.1.2在公网上没有路由，因此客户端100.1.1.1是无法访问到192.168.1.2的。

这时我们在路由器上把192.168.1.2的80端口映射到100.1.1.3的80端口，如下图所示，在客户端访问http服务，返回200 OK

在路由器上的目标NAT配置如下：

03 NAT的替代技术

我们都知道NAT技术主要是通过地址转换（端口转换）来解决公网地址不够的问题，那除了NAT还有什么技术可以解决这个问题呢？

答案是IPv6，没错，直接替代IPv4技术。

IPv4报头里有32位来标识IP地址，所以IPv4地址最多是2的32次方。

而IPv6使用了128位标识IP地址，IPv6地址最多是2的128次方，这个数量可以给世界上每一粒沙子都分配一个IP地址，从目前的角度来看是无法使用完的。

其实IPv6技术从上个世纪90年代就已经提出了，中国也早早的就在高校实验了IPv6技术，十几年前成哥上大学时，学校就部署了IPv6网络，因为是我的老师亲自设计部署的IPv6环境，成哥也有幸参与其中。

到2019年国内的三大运营商已经完全支持IPv6了，你的手机在4G环境下会同时获取IPv6和IPv4地址。

当IPv6完全普及了，也许NAT技术也将消失。

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