花一分鐘談談IPV4之NAT

我們知道IPV4地址一共32位，我們全世界都在使用IPV4地址，由此而帶來的一個問題就是IPV4地址空間的耗盡，IPV4在設計之初，也並沒有想到互聯網的爆炸式的增長，為了緩解IPV4地址空間的這種境況，於是人們靠著自己的智慧，提出了NAT的策略，所謂的NAT就是地址空間的轉換。

由於在Internet上進行通信，用的是公網的IP地址，所以內網想要訪問外網的話，必須將私有的IP地址進行NAT轉換成公有的IP地址才能在Internet上通信，現在給大家舉個例子說明NAT的應用。

條件如下：

1. 一臺主機的私有IP是192.168.86.100.

2. 假設公司的IP是131.107.45.179(這個IP是我隨機取的)

假設這臺主機想要訪問web服務器，假設這臺web的服務器的IP是132.108.46.119，並且web服務器的開放端口是80。 那麼這個TCP連接的構成如下所示：

1）源ip:192.168.86.100

2）目的IP:132.108.46.119

3）源端口:4567

4）目的端口:80

連接方式如下所示：

圖1

如上圖所示，主機為了訪問internet上的服務器，光憑192.168.86.100這個IP是萬萬行不通的，它還沒有權利到互聯網上去行走，因此，主機為了能在互聯網上行走，必須得進行偽裝，既然偽裝就不能再用192.168.86.100嘍，因此就得換一個IP，而這個IP能被互聯網所認識，那麼它就是公司的的出口IP，即131.107.45.179，於是主機訪問web服務器的流程如下：

圖2

從上圖，我們知道，主機通過NAT設備後，源ip被進行轉換了，轉換成了131.107.45.179，進行web訪問，對於web服務器來說，它只知道131.107.45.179和自己進行了tcp的連接。

當web服務器收到了syn報文後，它要給對方回覆syn ack報文，流程如下所示：

圖3

從上圖我們可以看到，web服務器回覆的數據報文目的ip 131.107.45.179，經過NAT設備後將其轉換為192.168.86.100，這個IP正是這臺主機的IP地址。

這臺主機之所以能夠訪問外網，是NAT設備的幫忙，由此我們可以推斷出，這種基於NAT訪問外網的形式，是比較消耗cpu資源的，因為，NAT設備要保存每條TCP連接的ip的轉換關係，這種轉換關係，正常都使用會話來保存，而會話是要消耗內存的。

因此，IPV6的提出，就是為了解決IPV4地址空間不夠的方案，有了IPV6的地址，就不用做NAT就能訪問web服務器。

當然，NAT也有另一種的含義，就是隱藏內部主機的IP，這個我們不算在內，因為我們現在只談IPV4地址空間不夠的情況。

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