>

Что такое nat в роутере. Технология преобразования сетевых адресов, механизмы PAT и NAT. Интернет-канал от одного провайдера через NAT

FRAGE:

Mein Spiel zeigt mir an, mein NAT sei Strict oder Moderate. Wie bekomme ich Open NAT?

ANTWORT:

Ein Strict oder Moderate NAT kann dazu führen, dass Sie nicht alle Features Ihres Online-Mehrspieler-Spiels genießen können.

NAT steht für Network Address Translation (Netzwerkadressübersetzung). Grob gesagt ist es eine Methode, den Verkehr aus dem Internet (zum Beispiel einer Webseite, einem Spielserver oder einem P2P-Netzwerk) zum richtigen Gerät (zum Beispiel Computer, Konsole, Tablet) ihn Ihrem lokalen Netzwerk weiterzuleiten. Diese Methode zieht sowohl das Gerät als auch den Ursprung des Verkehrs in der "Unterhaltung" in Betracht und das kann dazu führen, dass Sie für manche Dienste oder Spiele Open NAT haben und Strict NAT für andere.

Die Hardware, die in einem Netzwerk für NAT verantwortlich ist, ist der Router. Ihr Anfangspunkt beim NAT-Troubleshooting sollte daher Ihr Router und seine Konfiguration sein, auch wenn andere Faktoren Ihr NAT negativ beeinflussen können.

Das kann gut oder schlecht sein:

Einige Router sind leichter zu konfigurieren als andere
- Wenn Sie eine gemeinschaftliche Internetverbindung benutzen (zum Beispiel in einem Wohnheim, einer Militärbasis, einem Krankenhaus) haben Sie vielleicht keinen Zugang zu Ihrem Router
- Manche Internetanbieter bieten Ihnen einen Router für zuhause an, aber organisieren das Netzwerk so, dass Sie hinter einem weiteren Router sitzen, zu dem Sie keinen Zugang haben. (Ihr Router ist so nicht direkt mit dem Internet verbunden, sondern mit einem zweiten "lokalen" Netzwerk. Dieses Szenario nennt man .)


Nun zum Troubleshooting!

Wir haben Troubleshooting-FAQs für Verbindungsprobleme für die meisten Ubisoft-Spiele zusammengestellt. Um diese zu finden, klicken Sie auf die Suchleiste oberhalb von diesem FAQ, wählen Sie Ihr Spiel und Ihre Plattform und geben Sie ein Verbindungsschwierigkeiten . Die Suche zeigt Ihnen das passende Verbindungs-FAQ für Ihr Spiel an, mit dem Sie NAT-Schwierigkeiten sowie andere Verbindungsprobleme beheben können.

NAT (Network address translation) – технология трансляции сетевых адресов. Технология NAT позволила решить наибольшую проблему протокола IPv4: к середине 1990-х годов пространство IPv4-адресов могло быть полностью исчерпано. Если бы технологию NAT не изобрели то, рост Интернета значительно замедлился бы. Конечно, на сегодня создана новая версия протокола IP – IPv6. Данная версия поддерживает огромное количество IP-адресов, что существование NAT – бессмысленно. Однако, до сих пор довольно много организаций используют в своей работе протокол IPv4 и полный переход на IPv6 состоится не скоро. Поэтому есть смысл изучить технологию NAT.

Трансляция сетевых адресов NAT позволяет хосту, не имеющего “белого IP”, осуществлять связь с другими хостами через Интернет. Белый IP-адрес представляет из себя зарегистрированный, уникальный, глобальный IP-адрес в сети Интернет. Есть также “серые IP-адреса”, которые используются в частной сети и не маршрутизируются в сети Интернет. Поэтому необходима технология NAT, которая будет подменять серый IP-адрес на белый. Диапазон “серых IP-адресов” представлен в таблице.

Трансляция NAT заменяет частные IP-адреса открытыми зарегистрированными IP-адресами в каждом пакете протокола IP.

Осуществляя трансляцию NAT, маршрутизатор изменяет IP-адрес отправителя в тот момент, когда пакет покидает частную сеть. Маршрутизатор также изменяет адрес получателя каждого пакета, который возвращается в частную сеть. Программное обеспечение Cisco IOS поддерживает несколько разновидностей трансляции NAT:

  1. Статическая трансляция NAT – каждому частному IP-адресу соответствует один публичный IP. При использовании статической трансляции маршрутизатор NAT просто устанавливает взаимно однозначное соответствие между частным и зарегистрированным IP-адресом, от имени которого он выступает.
  2. Динамическая трансляция NAT – преобразование внутренних Ip-адресов во внешние происходит динамически. Создается пул возможных публичных IP-адресов и из этого пула динамически выбираются Ip-адреса для преобразования.
  3. Трансляция адресов портов PAT – позволяет выполнить масштабирование для поддержки многих клиентов с использованием всего лишь нескольких открытых IP-адресов. PAT транслирует сетевой адрес в зависимости от TCP/UDP-порта получателя.

Рассмотрим более подробно каждый из видов трансляции.

Статическая трансляция NAT делает точное соответствие между частным и публичным Ip-адресом. Рассмотрим на примере.

Провайдер ISP компании назначает ей зарегистрированный номер сети 200.1.1.0. Соответственно маршрутизатор NAT должен сделать так, чтобы этот частный адрес выглядел таким образом, как если бы находился в сети 200.1.1.0. Для этого маршрутизатор изменяет IP-адрес отправителя в пакетах, которые как на рисунке пересылаются слева направо. В данном примере маршрутизатор изменяет частный Ip-адрес 10.1.1.1 на открытый 200.1.1.1. Другому частному адресу 10.1.1.2 соответствует публичный 200.1.1.2. Далее рассмотрим настройку статического NAT в Cisco.

Настройка статической трансляции NAT на оборудовании Cisco по сравнению с другими ее вариантами требует наименьших действий. При этом нужно установить соответствие между локальными (частными) и глобальными (открытыми) IP-адресами. Кроме того, необходимо указать маршрутизатору, на каких интерфейсах следует использовать трансляцию NAT, поскольку она может быть включена не на всех интерфейсах. В частности, маршрутизатору нужно указать каждый интерфейс и является ли он внутренним или внешним.

На схеме видно, что пользователь получил от провайдера адрес 100.0.0.0 сети класса C. Вся эта сеть с маской 255.255.255.0 настроена на последовательном канале между пользователем и Интернетом. Поскольку это двухточечный канал, в данной сети используется только 2 из 254 действительных (возможных) IP-адресов.

Конфигурация для роутера NAT_GW:

NAT_GW>enable NAT_GW#configure terminal - описание интерфейса - задаем шлюз по-умолчанию - описание интерфейса - задаем Ip и маску NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.2 100.0.0.1 NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.3 100.0.0.2 - статическое сопоставление адресов NAT_GW(config)#ip nat inside source static 192.168.1.4 100.0.0.3 - статическое сопоставление адресов

Статические соответствия создаются с помощью команды ip nat inside source static . Ключевое слово inside означает, что NAT транслирует адреса для хостов, находящихся во внутренней части сети. Ключевое слово source означает, что NAT транслирует IP-адреса в пакетах, поступающих на ее внутренние интерфейсы. Ключевое слово static означает, что эти параметры определяют статическую запись, которая никогда не удалится из таблицы NAT в связи с истечением периода времени. При создании записей статической трансляции NAT маршрутизатору необходимо знать, какие интерфейсы являются внутренними (inside), а какие внешними (outside). Подкоманды интерфейса ip nat inside и ip nat outside соответствующим образом идентифицируют каждый интерфейс.

Для просмотра важной информации о NAT существует две команды show ip nat translations, show ip nat statistics.

Первая команда выводит три записи статической трансляции NAT, созданной в конфигурации. Вторая команда выводит статистическую информацию, такую, как количество активных в данный момент записей в таблице трансляции. Эта статистика также включает в себя количество повторных попаданий (hit), которое увеличивается на единицу с каждым пакетом, для которого NAT должна транслировать адреса.

Перейдем далее к динамической трансляции сетевых адресов NAT. Динамическая трансляция создает пул возможных глобальных внутренних адресов и определяет критерий соответствия для определения того, какие внутренние глобальные IP-адреса должны транслироваться с помощью NAT. Например, в схеме ниже был установлен пул из пяти глобальных IP-адресов в диапазоне 200.1.1.1 – 200.1.1.5. Трансляция NAT также настроена для преобразования всех внутренних локальных адресов, которые начинаются с октетов 10.1.1

При настройке динамической трансляции NAT на оборудовании Cisco по-прежнему требуется идентификация каждого интерфейса как внутреннего, так и внешнего, но уже не нужно задавать статическое соответствие. Для указания частных IP-адресов, подлежащих трансляции, динамическая трансляция NAT использует списки управления доступом (про них я писал ранее), а также определяет пул зарегистрированных открытых IP-адресов, которые будут выделяться из этого. Итак, алгоритм настройки динамической трансляции:

  1. Настроить интерфейсы, которые будут находится во внутренней подсети, с помощью команды ip nat inside.
  2. Настроить интерфейсы, которые будут находится во внешней подсети, с помощью команды ip nat outside.
  3. Настроить список ACL, соответствующий пакетам, поступающим на внутренние интерфейсы, для которых должна быть применена трансляция NAT
  4. Настроить пул открытых зарегистрированных IP-адресов с помощью команды режима глобального конфигурирования ip nat pool имя первый-адрес последний-адрес netmask маска-подсети.
  5. Включить динамическую трансляцию NAT, указав в команде глобального конфигурирования ip nat inside source list номер-acl pool имя-пула

Схема будет использоваться такая же как и в прошлый раз. Новая конфигурация для роутера NAT_GW:

NAT_GW>enable - переходим в расширенный режим NAT_GW#configure terminal - переходим в режим конфигурации NAT_GW(config)#interface fa0/0 - настройка интерфейса в сторону частной сети NAT_GW(config-if)#description LAN - описание интерфейса NAT_GW(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 - задаем шлюз по-умолчанию NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#ip nat inside - настраиваем интерфейс как внутренний NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#interface fa0/1 - настройки интерфейса в сторону провайдера NAT_GW(config-if)#description ISP - описание интерфейса NAT_GW(config-if)#ip address 100.0.0.253 255.255.255.0 - задаем Ip и маску NAT_GW(config-if)#no shutdown - включаем интерфейс физически NAT_GW(config-if)#ip nat outside - настраиваем интерфейс как внешний NAT_GW(config-if)#exit NAT_GW(config)#ip nat pool testPool 100.0.0.1 100.0.0.252 netmask 255.255.255.0- создаем динамический пул NAT_GW(config)#access-list 1 permit 192.168.1.1 0.0.0.255 - создаем список доступа 1, в котором разрешаем транслировать Ip-адреса из подсети 192.168.1.1/24 NAT_GW(config)#ip nat inside source list 1 pool testPool - включаем динамическую трансляцию NAT_GW(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 100.0.0.254 - статический маршрут в сторону провайдера

Следующий вид трансляции – трансляция адресов портов PAT (Port Address Translation). Про этот вид NAT я расскажу в следующей статье, когда мы будем подключать локальную подсеть к Интернету. Тема довольно большая и важная. PAT является наиболее популярным видом NAT’a.

Поддержите проект

Друзья, сайт Netcloud каждый день развивается благодаря вашей поддержке. Мы планируем запустить новые рубрики статей, а также некоторые полезные сервисы.

У вас есть возможность поддержать проект и внести любую сумму, которую посчитаете нужной.

Давно не новость, что сетевых адресов IP для всех устройств, желающих находиться в Интернете, не достаточно. В настоящее время выход из этой ситуации нашли, разработав протокол IPv6, в котором длина адреса составляет 128 бит, в то время как нынешний IPv4 всего 32 бита. Но в начале 2000-х годов нашли другое решение – использовать преобразование сетевых адресов, сокращенно nat. Дальше в статье будет произвена настройка nat в роутере.

Вход в меню настроек роутера

В качестве примера возьмем роутер фирмы ZyXEL серии ZyWALL USG и NXC5200.

Первым делом заходим в настройки роутера. Для этого в любом веб браузере в адресной строке набираем 192.168.1.1. (стандартный адрес роутера), появится окно с требованием ввести логин и пароль.

В поле «Имя пользователя» вводим admin, в поле «Пароль» вводим 1234. Нажимаем «ОК».

Настройка nat в роутере

В открывшемся окне меню переходим во вкладку «Configuration» (значек с двумя шестиренками), далее «Network», далее «Routing». В выбранном окне переходим на закладку «Policy Routing».

Меню настроек роутера ZyXEL

В данном меню настраивается политика маршрутизации. В области «Criteria» настраиваем критерии для выборки трафика – какой трафик необходимо транслировать (собственно настроить nat), а какой просто маршрутизировать. Трафик можно быть выбран по нескольким критериям:

  1. Пользователь (User);
  2. По интерфейсу (Incoming);
  3. По IP-адресу источника (Source Address);
  4. По IP-адресу получателя (Destination Address);
  5. По порту назначения (Service).

В области «Next-Hop» назначаем объект для перенаправления трафика:

Выбор объекта перенаправления роутера ZyXEL

Где «Auto» – трафик будет перенаправляться в глобальный интерфейс, назначенного по умолчанию; Gateway – на адрес указанного в настройках шлюза; VPN Tunnel – IPSec виртуальный частный туннель; Trunk – маршрут на «транк», где «транк» – это несколько интерфейсов, настроенных на работу вместе либо в режим резервирования; Interface – перенаправление на указанный интерфейс:

Важно не забывать при любом внесении изменений в настройки роутера нажимать кнопку «OK», чтобы сохранить настройки, а не просто закрывать веб браузер.

Настройка nat на компьютере

Как известно, в качестве роутера может служить и сам персональный компьютер. Зачастую бывает ситуация, когда имеется компьютерная сеть из нескольких компьютеров, один из которых имеет выход в Интернет. В данной ситуации можно вообще не покупать маршрутизаторов, а настроить компьютер с выходом в Интернет в качестве роутера и настроить nat уже на нем. Рассмотрим такой случай подробнее.

Обязательно на главном компьютере, который смотрит в Интернет (назовем его SERVER) было установлено 2 сетевые карты – первая для подключения в локальную сеть, вторая к провайдеру. В примере будет использоваться операционная система Windows Server 2012.

Для настройки первым делом запускаем «Диспетчер сервера» (Пуск -> Администрирование –> Диспетчер сервера). Появится окно настройки:

Отсюда мы будем управлять нашим сервером. Для продолжения настройки нажмите «Добавить роли и компоненты», в результате чего откроется окно мастера добавления ролей. Первый шаг – Тип установки:

В следующем окне нам необходимо выбрать роль, которую мы устанавливаем на сервер. Ставим галку напротив «Удалённый доступ».

Появится следующее окно, в котором отображается список необходимых для работы компонентов. Нажимаем «Добавить компоненты», данное окно исчезнет. Жмем «Далее».

В следующем окне мастер предлагает добавить компоненты сервера. Ничего менять не надо, жмем «Далее».

На следующей странице мастер просто информирует нас о работе роли «Удаленный доступ». Жмем «Далее».

На следующем шаге необходимо выбрать «Службы ролей». Ставим галочку напротив «Маршрутизация», жмём «Далее».

Следующее окно снова информационное, ничего выбирать не надо, но можно поставить галочку напротив «Автоматический перезапуск на выбранном сервере…», в результате чего сервер после установки будет автоматически перезагружен. Но можно это сделать и вручную. Жмем «Далее».

И последний шаг – непосредственная установка сервера. После окончания нажимаем кнопку «Закрыть».

Установка сервера

Итак, мы настроили компьютер, который подключен к интернету, в режим сервера. Теперь необходимо на нем настроить nat.

Переходим в Пуск / Администрирование / Маршрутизация и удалённый доступ. В появившемся окне в левой части находим пункт «SERVER (локально)», кликнем по нему правой кнопкой мыши и в выпавшем меню жмем «Настроить и включить маршрутизацию и удалённый доступ».

Появится мастер настройки сервера маршрутизации и удалённого доступа, в котором и настроим nat.

На первой странице нас кратко знакомят с мастером – жмем «Далее». На следующем шаге необходимо выбрать одну из служб, которые будут запускаться на данном сервере. Выбираем «преобразование сетевых адресов (NAT)», жмем «Далее».

Дальше мастер попросит выбрать сетевое соединение, которое смотрит в Интернет. В списке будут присутствовать обе сетевые карты (как минимум, в зависимости, сколько их установлено на сервере). Выбираем ту, к которой подключен сетевой кабель провайдера. Жмем «Далее».

В следующем окне мастер начнет ругаться, что ему не удается обнаружить в локальной сети службы DHCP или DNS. Предлагается два варианта продолжения – включить базовые службы, либо установить службы позднее.

Выбираем первый пункт, жмем «Далее». На следующей странице нас проинформирую, в каком диапазоне будет работать nat. Мастер настройки этот диапазон выбирает автоматически, исходя из конфигурации сетевого подключения, подключенного в локальную сеть. Жмем «Далее».

Диапазон nat

Все, мастер настройки завершает настройку nat. Жмем «Далее», и в следующем окне «Готово».

Осталось последнее – настроить клиентские компьютеры, то есть все остальные компьютера локальной сети. Для этого в компьютере клиента (так необходимо будет сделать на каждом компьютере сети) переходим в Пуск / Панель управления / Центр управления сетями и общим доступом / изменение параметров адаптера. Заходим в «Сетевые подключения». Кликаем по значку правой кнопкой мыши и в выпавшем меню выбираем «Свойства». В появившимся окне выбираем «Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv4)», жмем «Свойства».

В после «Основной шлюз» пишем IP-адрес компьютера сервера (который настраивали на прошлом шаге), в поле «Предпочитаемый DNS-сервер» пишем IP-адрес DNS сервера провайдера, указанного в сведениях подключения к интернету на сервере. Жмем «OK», и еще раз «OK». Все, клиентский компьютер подключен к Интернет.

IP-адреса являются дефицитным ресурсом. У провайдера может быть /16-адрес (бывший класс В), дающий возможность подключить 65 534 хоста. Если клиентов становится больше, начинают возникать проблемы. Хостам, подключающимся к Интернету время от времени по обычной телефонной линии, можно выделять IP-адреса динамически, только на время соединения. Тогда один /16-адрес будет обслуживать до 65 534 активных пользователей, и этого, возможно, будет достаточно для провайдера, у которого несколько сотен тысяч клиентов. Когда сессия связи завершается, IP-адрес присваивается новому соединению. Такая стратегия может решить проблемы провайдеров, имеющих не очень большое количество частных клиентов, соединяющихся по телефонной линии, однако не поможет провайдерам, большую часть клиентуры которых составляют организации.

Дело в том, что корпоративные клиенты предпочитают иметь постоянное соединение с Интернетом, по крайней мере в течение рабочего дня. И в маленьких конторах, например туристических агенствах, состоящих из трех сотрудников, и в больших корпорациях имеются локальные сети, состоящие из некоторого числа компьютеров. Некоторые компьютеры являются рабочими станциями сотрудников, некоторые служат веб-серверами. В общем случае имеется маршрутизатор ЛВС, соединенный с провайдером по выделенной линии для обеспечения постоянного подключения. Такое решение означает, что с каждым компьютером целый день связан один IP-адрес. Вообще-то даже все вместе взятые компьютеры, имеющиеся у корпоративных клиентов, не могут перекрыть имеющиеся у провайдера IP-адреса. Для адреса длины /16 этот предел равен, как мы уже отмечали, 65 534. Однако если у поставщика услуг Интернета число корпоративных клиентов исчисляется десятками тысяч, то этот предел будет достигнут очень быстро.

Проблема усугубляется еще и тем, что все большее число частных пользователей желают иметь ADSL или кабельное соединение с Интернетом. Особенности этих способов заключаются в следующем:

а) пользователи получают постоянный IP-адрес;

б) отсутствует повременная оплата (взимается только ежемесячная абонентская плата).

Пользователи такого рода услуг имеют постоянное подключение к Интернету. Развитие в данном направлении приводит к возрастанию дефицита IP-адресов. Присваивать IP-адреса «на лету», как это делается при телефонном подключении, бесполезно, потому что число активных адресов в каждый момент времени может быть во много раз больше, чем имеется у про­вайдера.

Часто ситуация еще больше усложняется за счет того, что многие пользователи ADSL и кабельного Интернета имеют дома два и более компьютера (например, по одному на каждого члена семьи) и хотят, чтобы все машины имели выход в Интернет. Что же делать - ведь есть только один IP-адрес, выданный провайдером! Решение таково: необходимо установить маршрутизатор и объединить все компьютеры в локальную сеть. С точки зрения провайдера, в этом случае семья будет выступать в качестве аналога маленькой фирмы с несколькими компьютерами. Добро пожаловать в корпорацию Пупкиных!

Проблема дефицита IP-адресов отнюдь не теоретическая и отнюдь не относится к отдаленному будущему. Она уже актуальна, и бороться с ней приходится здесь и сейчас. Долговременный проект предполагает тотальный перевод всего Интернета на протокол IPv6 со 128-битной адресацией. Этот переход действительно постепенно происходит, но процесс идет настолько медленно, что затягивается на годы. Видя это, многие поняли, что нужно срочно найти какое-нибудь решение хотя бы на ближайшее время. Такое решение было найдено в виде метода трансляции сетевого адреса, NAT (Network Address Translation) , описанного в RFC 3022. Суть его мы рассмотрим позже, а более подробную информа­цию можно найти в (Butcher, 2001).

Основная идея трансляции сетевого адреса состоит в присвоении каждой фирме одного IP-адреса (или, по крайней мере, небольшого числа адресов) для интернет-трафика. Внутри фирмы каждый компьютер получает уникальный IP-адрес, используемый для маршрутизации внутреннего трафика. Однако как только пакет покидает пределы здания фирмы и направляется к провайдеру, выполняется трансляция адреса. Для реализации этой схемы было создано три диапазона так называемых частных IP-адресов. Они могут использоваться внутри компании по ее усмотрению. Единственное ограничение заключается в том, что пакеты с такими адресами ни в коем случае не должны появляться в самом Интернете. Вот эти три зарезервированных диапазона:

10.0.0.0 - 10.255.255.255/8 (16 777 216 хостов)

172.16.0.0 - 172.31.255.255/12 (1 048 576 хостов)

192.168.0.0 -192.168.255.255/16 (65 536 хостов)

Работа метода трансляции сетевых адресов показана на нжеследующей схеме. В пределах территории компании у каждой машины имеется собственный уникальный адрес вида 10.x.y.z. Тем не менее, когда пакет выходит за пределы владений компании, он проходит через NAT-блок, транслирующий внутренний IP-адрес источника (10.0.0.1 на рисунке) в реальный IP-адрес, полученный компанией от провайдера (198.60.42.12 для нашего примера). NAT-блок обычно представляет собой единое устройство с брандмауэром , обеспечивающим безопасность путем строго отслеживания входящего и исходящего -трафика компании. NAT-блок может быть интегрирован с маршрутизатором компании.

Мы до сих пор обходили одну маленькую деталь: когда приходит ответ на запрос (например, от веб-сервера), он ведь адресуется 198.60.42.12. Как же NAT-блок узнает, каким внутренним адресом заменить общий адрес компании? Вот в этом и состоит главная проблема использования трансляции сетевых адресов. Если бы в заголовке IP-пакета было свободное поле, его можно было бы использовать для запоминания адреса того, кто посылал запрос. Но в заголовке остается неиспользованным всего один бит. В принципе, можно было бы создать такое поле для истинного адреса источника, но это потребовало бы изменения IP-кода на всех машинах по всему Интернету. Это не лучший выход, особенно если мы хотим найти быстрое решение проблемы нехватки IP-адресов.

На самом деле произошло вот что. Разработчики NAT подметили, что большая часть полезной нагрузки IP-пакетов - это либо TCP, либо UDP . Оба формата имеют заголовки, содержащие номера портов источника и приемника. Номера портов представляют собой 16-разрядные целые числа, показывающие, где начинается и где заканчивается TCP-соединение. Место хранения номеров портов используется в качестве поля, необходимого для работы NAT.

Когда процесс желает установить TCP-соединение с удаленным процессом, он связывается со свободным TCP-портом на собственном компьютере. Этот порт становится портом источника, который сообщает TCP-коду информацию о том, куда направлять пакеты данного соединения. Процесс также определяет порт назначения. Посредством порта назначения сообщается, кому отдать пакет на удаленной стороне. Порты с 0 по 1023 зарезервированы для хорошо известных сервисов. Например, 80-й порт используется веб-серверами, соответственно, на них могут ориентироваться удаленные клиенты. Каждое исходящее сообщение TCP содержит информацию о порте источника и порте назначения. Вместе они служат для идентификации процессов на обоих концах, использующих соединение.

Проведем аналогию, которая несколько прояснит принцип использования портов. Допустим, у компании есть один общий телефонный номер. Когда люди набирают его, они слышат голос оператора, который спрашивает, с кем именно они хотели бы соединиться, и подключают их к соответствующему добавочному телефонному номеру. Основной телефонный номер является аналогией IP-адреса компании, а добавочные на обоих концах аналогичны портам. Для адресации портов используется 16-битное поле, которое идентифицирует процесс, получающий входящий пакет.

С помощью поля Порт источника мы можем решить проблему отображения адресов. Когда исходящий пакет приходит в NAT-блок, адрес источника вида 192.168.c.d заменяется настоящим IP-адресом. Кроме того, поле Порт источника TCP заменяется индексом таблицы перевода NAT-блока, содержащей 65 536 записей. Каждая запись содержит исходный IP-адрес и номер исходного порта. Наконец, пересчитываются и вставляются в пакет контрольные суммы заголовков TCP и IP. Необходимо заменять поле Порт источника, потому что машины с местными адресами 10.0.0.1 и 10.0.0.2 могут случайно пожелать воспользоваться одним и тем же портом (5000-м, например). Так что для однозначной идентификации процесса отправителя одного поля Порт источника оказывается недостаточно.

Когда пакет прибывает на NAT-блок со стороны провайдера, извлекается значение поля Порт источника заголовка TCP. Оно используется в качестве индекса таблицы отображения NAT-блока. По найденной в этой таблице записи определяются внутренний IP-адрес и настоящий Порт источника TCP. Эти два значения вставляются в пакет. Затем заново подсчитываются контрольные суммы TCP и IP. Пакет передается на главный маршрутизатор компании для нормальной доставки с адресом вида 192.168.y.z.

В случае применения ADSL или кабельного Интернета трансляция сетевых адресов может применяться для облегчения борьбы с нехваткой адресов. Присваиваемые пользователям адреса имеют вид 10.x.y.z. Как только пакет покидает пределы владений провайдера и уходит в Интернет, он попадает в NAT-блок, который преобразует внутренний адрес в реальный IP-адрес провайдера. На обратном пути выполняется обратная операция. В этом смысле для всего остального Интернета провайдер со своими клиентами, использующими ADSL и кабельное:оединение, представляется в виде одной большой компании.

Хотя описанная выше схема частично решает проблему нехватки IP-адресов, многие приверженцы IP рассматривают NAT как некую заразу, распространяющуюся по Земле. И их можно понять.

Во-первых, сам принцип трансляции сетевых адресов никак не вписывается в архитектуру IP, которая подразумевает, что каждый IP-адрес уникальным образом идентифицирует только одну машину в мире. Вся программная структура Интернета построена на использовании этого факта. При трансляции сетевых адресов получается, что тысячи машин могут (и так происходит в действительности) иметь адрес 10.0.0.1.

Во-вторых, NAT превращает Интернет из сети без установления соединения в нечто подобное сети, ориентированной на соединение. Проблема в том, что NAT-блок должен поддерживать таблицу отображения для всех соединений, проходящих через него. Запоминать состояние соединения - дело сетей, ориентированных на соединение, но никак не сетей без установления соединений. Если NAT-блок ломается и теряются его таблицы отображения, то про все TCP-соединения, проходящие через него, можно забыть. При отсутствии трансляции сетевых адресов выход из строя маршрутизатора не оказывает никакого эффекта на деятельность TCP. Отправляющий процесс просто выжидает несколько секунд и посылает заново все неподтвержденные пакеты. При использовании NAT Интернет становится таким же восприимчивым к сбоям, как сеть с коммутацией каналов.

В-третьих, NAT нарушает одно из фундаментальных правил построения многоуровневых протоколов: уровень k не должен строить никаких предположений относительно того, что именно уровень k + 1 поместил в поле полезной нагрузки. Этот принцип определяет независимость уровней друг от друга. Если когда-нибудь на смену TCP придет ТСР-2, у которого будет другой формат заголовка (например, 32-битная адресация портов), то трансляция сетевых адресов потерпит фиаско. Вся идея многоуровневых протоколов состоит в том, чтобы изменения в одном из уровней никак не могли повлиять на остальные уровни. NAT разрушает эту независимость.

В-четвертых, процессы в Интернете вовсе не обязаны использовать только TCP или UDP. Если пользователь машины А решит придумать новый протокол транспортного уровня для общения с пользователем машины В (это может быть сделано, например, для какого-нибудь мультимедийного приложения), то ему придется как-то бороться с тем, что NAT-блок не сможет корректно обработать поле Порт источника TCP.

В-пятых, некоторые приложения вставляют IP-адреса в текст сообщений. Получатель извлекает их оттуда и затем обрабатывает. Так как NAT не знает ничего про такой способ адресации, он не сможет корректно обработать пакеты, и любые попытки использования этих адресов удаленной стороной приведут к неудаче. Протокол передачи файлов, FTP (File Transfer Protocol), использует именно такой метод и может отказаться работать при трансляции сетевых адресов, если только не будут приняты специальные меры. Протокол интернет-телефонии Н.323 также обладает подобным свойством. Можно улучшить метод NAT и заставить его корректно работать с Н.323, но невозможно же дорабатывать его всякий раз, когда появляется новое приложение.

В-шестых, поскольку поле Порт источника является 16-разрядным, то на один IP-адрес может быть отображено примерно 65 536 местных адресов машин. На самом деле это число несколько меньше: первые 4096 портов зарезервированы для служебных нужд. В общем, если есть несколько IP-адресов, то каждый из них может поддерживать до 61 440 местных адресов.

Эти и другие проблемы, связанные с трансляцией сетевых адресов, обсуждаются в RFC 2993. Обычно противники использования NAT говорят, что решение проблемы нехватки IP-адресов путем создания временной заплатки только мешает процессу настоящей эволюции, заключающемуся в переходе на IPv6. Но если вернутся в реальность, то мы увидим, что в большинстве случаев NAT - это просто незаменимая вещь, особенно для малых офисов с числом компьютеров от нескольких штук до нескольких десятков. NAT можно реализовать собственными силами в OS Linux используя

Принцип работы роутера (маршрутизатора)

Читая эту статью, я думаю, все понимают, что такое роутер и зачем он нужен, но задумывался ли кто-то - как он работает? В данной статье я постараюсь максимально доступным языком рассказать основные принципы работы маршрутизатора. Данная статья будет полезна и системным администраторам и простым пользователям.

Основная функция, которая работает в любом роутере - NAT

NAT - Network Address Translation служит для замены IP адресов. В локальных сетях в основном используются адреса типа 192.168.1.XXX или подобные, и это порождает проблему маршрутизации в глобальной сети интернет, так как IP адреса в сети не должны дублироваться. Решением данной проблемы есть NAT - компьютеры локальной сети подключаются к локальному интерфейсу роутера, получают от него IP адреса и шлюз (шлюзом служит роутер), а WAN интерфейс роутера подключается к интернету.

Теперь рассмотрим принцип NAT трансляции:

  • С любого компьютера в локальной сети делается запрос, например, вы пытаетесь выйти на любой сайт - компьютер отправляет данный запрос на адрес шлюза, то есть нашего роутера;
  • Роутер, получив данный запрос, записывает ваш компьютер как инициатор соединения, после чего создаётся копия вашего пакета и отправляется по адресу назначения, но уже от лица роутера, и с его IP адресом, а ваш пакет просто уничтожается;
  • Сервер, которому был отправлен запрос, обрабатывает его и отправляет ответ, естественно на адрес роутера. А роутер этого уже ждал, так как создал запись о том, что на запрос вашего компьютера должен прийти ответ, и направляет его на ваш компьютер. Как видно, по данной схеме - инициатором соединения может быть только компьютер из локальной сети, а ответ от сервера попадёт на компьютер, только если роутер будет этого ждать (ответ на запрос). Другими словами, все попытки соединится из вне будут останавливаться на роутере, и будет удачны только если роутер предоставляет ресурс по запрошенному порту или у него настроены правила Port Forwarding, о которых мы сейчас поговорим.

Port Forwarding

Port Forwarding - это по сути то же самое что и NAT, но в другую сторону, а следовательно только статический NAT, то есть, определённые запросы только на определённые компьютеры, ведь в глобальной сети не могут знать IP адресов за роутером. Например, вы создали FTP или HTTP сервер на компьютере и хотите предоставить доступ к данным ресурсам, для этого нужно прописать данное правило в роутере, в котором будет указано, что все входящие пакеты на нужный порт (21 или 80 в нашем случае) будут переданы на IP адрес нашего компьютера на определённый порт (порт можно поменять).

NAT - DMZ

NAT - DMZ - это абсолютно тоже, что и Port Forwarding, но с той разницей, что не нужно прописывать правило для каждого порта, достаточно просто настроить NAT - DMZ, который будет передавать на нужный компьютер все входящие на WAN роутера запросы. Поменять порты конечно уже нельзя.

Маршрутизация

Для упрощения представления о том, что это такое, можно сказать, что это тоже самое, что и NAT, но только в обоих направлениях. При данной схеме у роутера должно быть более 2-х LAN интерфейсов (не портов, а интерфейсов), с разными адресными пространствами, например у одного интерфейса IP - 192.168.0.1, а у другого - 192.168.1.1. Следовательно, компьютеры одной сети будут получать IP типа 192.168.0.XXX, а в другой сети 192.168.0.XXX, а шлюзы у них будут соответственно 192.168.0.1 и 192.168.1.1. Вот таки образом получится двухсторонняя маршрутизация.

Не забываем оставлять