Что такое nat в роутере и для чего он нужен
Что такое NAT в роутере: определение, примеры, как включить и настроить
Всем привет! Сегодня мы поговорим про то, что же такое NAT в роутере. Как вы, наверное, все знаете, большинство адресов в интернете использует IPv4 версию. Эти адреса имеют диапазон от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. Если подсчитать, то у нас есть больше 4-х миллиардов айпишников. Вроде бы достаточно много, но на деле с ростом клиентов интернета свободных адресов почти уже не осталось. Приплюсуем сюда тот факт, что многие IP зарезервированы, а на планете активно развивается мобильный интернет, который забирает львиную долю IPv4.
Но как получается всем подключаться к интернету и не оставаться в стороне? – Для этих целей и используется NAT (Network Address Translation – трансляция сетевых адресов). А теперь о самой сетевой технологии более подробно в статье.
Что такое NAT и как работает и зачем он нужен
Если у вас есть дома роутер, то вы уже используете технологию NAT. Чтобы вам было понятнее для чего она нужна, давайте рассмотрим простой пример. Представим, что вам нужно в квартиру провести интернет. Вы звоните провайдеру, он приходит и прокидывает вам кабель. Помимо всего, чтобы работать в глобальной сети вам нужен внешний айпишник, его также предоставляет только провайдер.
Конечно вы можете воткнуть кабель в ноутбук или компьютер, тогда никакого NAT (в вашей квартире) не будет, так как ваш комп будет напрямую подключен к интернету сети. Но если помимо вас, интернетом хотят пользоваться и другие жильцы квартиры, то вам нужно установить Wi-Fi роутер. Не будете же вы каждому жителю проводить интернет-кабель и отдельно платить за каждого.
Кабель подключается к выделенному WAN порту. Далее к роутеру уже можно подключить телефоны, планшеты, ноутбуки, компьютеры, телевизоры и многое другое. Маршрутизатор выступает неким шлюзом между вашей домашней и глобальной интернет сетью.
Роутер каждому устройству дома выдает свой локальный IP. Например:
Шлюз, он же роутер, имеет сразу два адреса:
Все жители квартиры сразу могут иметь доступ к интернету с одного внешнего адреса за счет роутера. Как я уже и говорил, таких внешних айпишников в интернете очень мало – всего 4 294 967 296.
NAT – это технология, которая позволяет переводить вот такие вот локальные адреса во внешние и получать ответ из интернета. В итоге каждый житель квартиры, находясь внутри локальной сети, и используя за счет роутера внешний IP – может выходить в интернет.
Если говорить грубо, то NAT – это как дверь в квартире, каждый может её использовать, чтобы выйти в открытый мир. В итоге пользователей в интернете становится куда больше чем 4 миллиарда, но количество самих адресов остается всегда одним и тем же.
NAT позволяет скрывать внутренние айпишники от интернета, и их никто не сможет увидеть. Это мы рассмотрели случай, когда подключена небольшая семья. А представим, что нужно подключить офис из сотни или даже тысячи человек. Для организации просто не целесообразно подключать каждому пользователю свой интернет с внешним IP. Да и это не нужно. Достаточно использовать маршрутизатор, в котором уже по умолчанию будет работать NAT.
Схема достаточно простая, давайте рассмотрим пример.
Как видите, NAT постоянно переводит внутренний адрес во внешний и обратно. Если локальная сеть имеет только один выходной маршрутизатор, который может быть связан с внешней сетью, то такую сеть называют Stub сетью.
Термины NAT
В сфере NAT есть различная терминология, которую вы можете встретить в настройках маршрутизатора или на схемах подключения.
Есть 4 вида NAT адресов:
Пока ничего не понятно? Сейчас постараюсь рассказать на примере. Давайте рассмотрим пример NAT адресации. Смотрим на картинку ниже.
Типы NAT
Статический (Static) NAT
Статический NAT – это когда у каждого локального внутреннего адреса, есть свой глобальный адрес. Часто используется для Web-серверов. Весь трафик при этом проходит аналогично через один узел, и у каждого устройства есть свой как локальный, так и глобальный IP.
Динамический (Dynamic) NAT
У нас есть пул внутренних айпишников, который постоянно присваивается разные глобальные внешние адреса. Внешние IP присваиваются по принципу, какой есть свободный, тот и назначается маршрутизатором. Очень часто используется в городских сетях провайдерами, именно поэтому ваши глобальные IP постоянно меняются. Чтобы немного расширить эту тему, советую более подробно почитать про белые и серые IP.
PAT (Port Address Translation)
Самая популярная форма NAT. Про неё я в самом начале и говорил. Когда нескольким локальным адресам назначается один глобальный. То есть когда вся семья, грубо говоря, использует один внешний IP. Чтобы маршрутизатор понял, кому именно посылать ответ от сервера, на который ранее был запрос, он использует в своем запросе номер порта. И по нему отсылает ответ нужному локальному пользователю.
Посмотрите на картинку выше. Как видите при запросе на выделенный сервер, помимо того, что роутер переводит адреса, он еще в запросе добавляет номер порта. То есть ответ от сервера также имеет этот порт, который потом уже используется для того, чтобы ответ получил нужный компьютер.
Плюсы и минусы IP NAT
Видео
Если вам что-то было не понятно, или вам лень читать, то советую посмотреть это полезное видео.
Как настроить и включить NAT на роутере
Стандартный NAT уже работает в режиме PAT и его настраивать не нужно. То есть вы просто настраиваете интернет и Wi-Fi на маршрутизаторе. Другой вопрос, если дома вы решили организовать Web, игровой или почтовый сервер. А быть может вы хотите подключить камеры видеонаблюдения и следить за домом или квартирой, отдыхая на Бали. Вот тут нам понадобится проброс портов – об смотрите статью про порты. Там коротко рассказано, что такое порты, для чего они нужны и как их пробросить.
NAT: что такое в роутере и как ей пользоваться?
В Интернете встречается много вопросов по поводу NAT, что это такое в роутере, и какие функции выполняет. Простыми словами, это механизм, позволяющий всему оборудованию локальной сети (мобильным устройствам, планшетам, ПК, ноутбукам) использовать только один общедоступный IP адрес для подключения к Интернету. Ниже рассмотрим, в чем особенности этой опции, для чего она необходима, и как правильно ее настроить в маршрутизаторе.
Что такое NAT в роутере
Кратко рассмотрим особенности NAT, и что это в роутере. Расшифровывается как Network Address Translation, а именно «трансляция сетевых адресов». С помощью процесса компьютер или другое оборудование получает доступ к Интернету.
Простыми словами, NAT в роутере (Network Address Translation) — это процесс перевода внутренних (приватных) адресов во внешние. Такая функция применяется всеми маршрутизаторами вне зависимости от установленных настроек и цены.
Многие путают NAT в роутере с фаерволом. Задача Firewall в запрете доступа к ресурсу по конкретному порту, к примеру, UDP или TCP. Он может устанавливаться на любом оборудовании для фильтрации трафика. Что касается NAT, он дает разрешение или запрещает доступ к определенному адресу или диапазону IP внутри сети.
NAT бывает трех видов:
Много вопросов касается еще одного термина — что такое NAT loopback в роутере. Здесь все просто. Если пакет поступает из внутренней сети на IP-адрес, он принимается в качестве внешнего. Это означает, что на него распространяются правила брандмауэра. После прохождения firewall в силу вступает NAT роутера, являющийся неким посредником. В результате удается следующее:
Существует также NAT Traversal, позволяющий сетевым приложениям определить тот факт, что они находятся вне границ устройства. В таких ситуациях NAT применяется для определения IP адреса устройства и сопоставления портов.
Для чего он нужен
Выше мы кратко затронули функции NAT в роутере, что это, и как работает. Но назначение такой технологии заслуживает более глубокого изучения. При проектировании сети подразумевается применение локальных IP-адресов, которые используются внутри компании или площадки для локального взаимодействия. Иными словами, они не маршрутизируются во «всемирной паутине». Для обращения к устройствам вне локальной платформы приватный адрес необходимо перевести в публичный. Для этого и существует NAT.
Благодаря действию такой функции, устройство с персональным адресом IPv4 может подавать запросы вне частной интернет-сети. Дополнительное преимущество механизма состоит в обеспечении конфиденциальности и безопасности. На практике маршрутизаторы NAT могут настраиваться с одним или группой общедоступных адресов (пулом NAT). Как только оборудование вышло во внешнюю интернет-сеть, роутер с поддержкой технологии переводит внутренний адрес в общедоступный. При этом маршрутизатор NAT, как правило, функционирует на границе Stub (тупиковой) сети, имеющей одно соединение (вход/выход).
С помощь NAT все устройства, подключенные к интернет-сети, используют один IP-адрес внешнего интерфейса. Простыми словами, сетевые пакеты корректируются и в них происходит подмена IP-адреса источника и назначения.
Подводя промежуточные итоги, можно выделить следующие особенности NAT в роутере:
С помощью NAT частная сеть подключается к Интернету через общий публичный IP, которые выдается провайдером, а ресурс адресов тратится более экономично. Кроме того, применение опции важно с позиции безопасности. В частности, можно скрыть локалку от пользователей из вне, что исключает несанкционированный доступ.
Как пользоваться функцией NAT
С учетом сказанного возникает вопрос, как открыть NAT для своего роутера. В большинстве случаев опция включена по умолчанию. Если это не так, необходима ее активация и дополнительная настройка. Алгоритм действий следующий:
Для каждого роутера принципы включения NAT могут отличаться. К примеру, в Zyxel необходимо войти в настройки маршрутизатора, перейти в раздел Network — Routing, а там в Policy routing, Здесь будет тумблер, позволяющий включить службу. Далее задаются настройки в группе Criteria. Если необходимо отключить NAT в роутере, проделайте рассмотренные выше шаги и деактивируйте службу. В качестве альтернативы отключению можно перевести маршрутизатор в другой режим работы.
Если возникает необходимость изменения типа NAT, войдите в настройки роутера, посмотрите IP и настройки сетевого подключения. После этого звоните провайдеру для получения помощи в перенастройке на нужный тип.
Плюсы и минусы использования
Перед тем как отключить NAT на роутере или до включения функции обратите внимание на ее плюсы и минусы.
Если говорить в целом, технологию NAT в роутере трудно переоценить. С ее помощью обеспечивается удобство выхода в Интернет, гарантируется безопасность подключения и гибкость настройки. При этом решение о включении и отключении режима необходимо принимать самостоятельно.
Технология преобразования сетевых адресов (NAT)
Одной из проблем в развитии сетей является ограниченное количество существующих IPv4 адресов — их около 4,3 миллиарда. С повсеместным распространением интернета и взрывообразным ростом количества пользователей, стало очевидно, что этого недостаточно. Возникла потребность в инструменте, способном решить эту проблему (по крайней мере до момента, когда будут внедрены IPv6) — и одним из таких инструментов стала технология NAT (Network Address Translation).
Что такое NAT
При проектировании сетей обычно применяются частные IP-адреса 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16. Их используют внутри сети площадки или организации для поддержания локального взаимодействия между устройствами, а не для маршрутизации во всемирной сети. Чтобы устройство с адресом IPv4 могло обратиться к другим устройствам или ресурсам через интернет, его частный адрес должен быть преобразован в публичный и общедоступный. Такое преобразование — это главное, что делает NAT, специальный механизм преобразования приватных адресов в общедоступные.
Поддержка NAT в сочетании с приватными IPv4 адресами стала эффективным способом сохранения общедоступных адресов IPv4. Механизм дает возможность многочисленным устройствам, каждое из которых имеет собственный приватный адрес, использовать единый общедоступный адрес IPv4. Дополнительным плюсом NAT является повышение уровня безопасности и конфиденциальности сети, за счет того, что он скрывает приватные адреса IPv4.
Маршрутизатор NAT можно настроить с одним или несколькими общедоступными IPv4-адресами, которые называют пулом NAT. При отправке трафика устройством из внутренней сети во внешнюю сеть, маршрутизатор преобразует его внутренний IPv4-адрес в один из адресов, входящих в состав пула. В результате действия такого механизма весь, исходящий из сети трафик внешние устройства «видят» с общедоступным адресом IPv4, который можно назвать NAT IP адресом.
Действие маршрутизатора NAT осуществляется на границе тупиковой сети, получившей название Stub-сети. Она связана с соседней сетью одним соединением, имеет один вход и один выход. При установлении связи между устройствами внутри и снаружи Stub-сети пакет отправляется пограничному маршрутизатору, который исполняет процесс NAT. В результате этого процесса внутренний приватный адрес устройства преобразуется в публичный наружный адрес, поддающийся маршрутизации.
Терминология NAT
В соответствии с принятой терминологией NAT внутренняя сеть понимается как набор сетей, которые подлежат терминологии. Под внешней понимают все другие сети.
Чтобы определить, что такое NAT-адрес, нужно учитывать его нахождение в частной сети или в интернете, а также тип трафика (входящий или исходящий). В зависимости от этих факторов устанавливаются следующие четыре обозначения:
Нужно учитывать, что терминология NAT всегда строится с позиции устройства с транслируемым адресом.
Типы NAT
Для понимания, что такое NAT в сети, необходимо разобраться с классификацией трансляции. В частности, по способу сопоставления адресов, бывают такие типы трансляции NAT:
Рассмотрим подробнее, что такое каждый из этих типов NAT.
Статический NAT
Этот тип NAT использует принцип «один к одному» при сопоставлении локальных и глобальных адресов. Настройки сопоставлений, установленные сетевым администратором, остаются неизменными. При отправке сетевыми устройствами трафика в интернет выполняется преобразование их внутренних локальных адресов в настроенные администратором глобальные внутренние адреса. Для внешних сетей устройства, которые работают во внутренней сети со статическим NAT, имеют общедоступные адреса IPv4.
Static NAT Type — это то, что хорошо подходит для веб-серверов, а также для устройств, которым необходим доступный из интернета согласованный адрес. Реализация статистического NAT требует наличия числа общедоступных адресов, достаточного для удовлетворения общего числа одновременных пользовательских сеансов.
Пример статической NAT таблицы:
Inside Local Address
Inside Global Adress
Динамический NAT
Тип динамического NAT работает с пулом публичных адресов, которые назначаются на основе принципа «первым пришел, первым обслужен». При запросе внутренним устройством доступа к интернету динамическим NAT производится назначение из пула общедоступного адреса IPv4. Как и в случае со статическим, для динамического типа NAT необходимо достаточное число общедоступных адресов, чтобы удовлетворить совокупное число одновременных пользовательских сеансов.
Пример динамической NAT таблицы:
Inside Local Address
Inside Global Adress
Port Address Translation (PAT)
Это наиболее распространенный тип NAT. При использовании Port Address Translation NAT подключение осуществляет трансляцию нескольких приватных адресов на один или несколько общедоступных. Этот принцип используется в большинстве маршрутизаторов, которые устанавливаются дома у частных абонентов. Адрес назначается провайдером маршрутизатором. При этом одновременный доступ к интернету могут получать несколько домашних пользователей.
Применение PAT позволяет сопоставлять несколько адресов с одним или несколькими. Это возможно благодаря отслеживанию каждого приватного адреса по номеру порта. После начала сеанса TCP/IP устройство генерирует номер порта источника TCP или UDP, что позволяет идентифицировать сеанс. При получении пакета от клиента NAT-маршрутизатором, он однозначно идентифицирует перевод NAT, используя номер собственного исходного порта. Схема PAT гарантирует использование разных портов TCP устройствами для каждого сеанса. При поступлении ответа от сервера при этом типе NAT номер порта источника уже используется как номер порта получателя. Это позволяет маршрутизатору однозначно правильно передавать пакеты.
Маршрутизатор выполняет обработку каждого пакета и определяет устройство, с которого он выслан, используя номер порта. Адресом источника (Source Address) в этой схеме будет локальный адрес устройства с добавлением номера порта, который был назначен TCP/IP. Адресом назначения (Destination Address) при использовании TAP будет внешний локальный адрес с добавлением номера служебного порта, например, порта службы 80: HTTP. При ответе веб-сервера производится обратная трансформация адресов.
Часто на маршрутизаторе порты клиента изменяются, поскольку ранее назначенные порты могут закрепляться за другими работающими сеансами. В процессе NAT сессии PAT стремится сохранить исходный порт источника. Если же этот порт уже занят, выполняется назначение первого из доступных номеров. Поиск свободного номера начинается с начала группы портов 0–511, 512–1023 или 1024–65535. В случае если свободных портов не остается и имеется больше одного внешнего адреса в пуле адресов, PAT переходит на новый адрес для поиска исходного порта источника.
Между традиционным NAT и PAT есть существенные отличия. NAT осуществляет перевод IPv4-адреса на основе принципа «один к одному» между приватными и общедоступными IPv4-адресами. С другой стороны, PAT трансформирует и адрес, и номер порта. Перенаправление входящих пакетов в NAT интернете выполняется на заданный хостом IP-адрес источника. В схеме PAT предусматривается только один или небольшое число публично открытых адресов IPv4, поэтому перенаправление входящих данных осуществляется на основе NAT таблицы маршрутизатора.
Преимущества и недостатки NAT
Понимая, как работает NAT, можно выделить комплекс серьезных преимуществ, которые предоставляет этот механизм при организации сетей. В том числе к основным плюсам относятся такие свойства Network Address Translation:
Особенностью NAT является организация прямого взаимодействия хостов в интернете с устройством, поддерживающим Network Address Translation, а не с фактическим хостом в локальной сети.
Тут выявляются некоторые недостатки механизма, в том числе:
В то же время NAT остается эффективным и удобным механизмом, применяемым для организации работы сетей с использованием адресов IPv4.
Что такое NAT на роутере?
Компьютер подключается к глобальной сети несколькими способами. Это может быть прямое подключение, в этом случае имеется внешний IP адрес (динамический или статический), который виден из интернета. Или же подключение может осуществляться через маршрутизатор. При таком подключении внешний адрес имеет только роутер, а все подключенные к нему пользователи являются клиентами другой сети. Роутер берет на себя распределение входящего и исходящего трафика между клиентами и интернетом. Возникает ряд проблем при подключении через маршрутизатор:
Решить проблему помогает правильная настройка маршрутизатора, а именно сервиса NAT на нем. Для того, чтобы понять, как настроить NAT на роутере, необходимом узнать, что такое трансляция адресов и для чего это используется.
NAT: общие определения
NAT (network address translation) или трансляция сетевых адресов — это процесс перевода внутренних или локальных адресов во внешние. NAT используется абсолютно всеми маршрутизаторами независимо от их конфигурации, назначения и стоимости. По умолчанию роутер запрещает напрямую обращаться к любому устройству, находящимися внутри сети. Он блокирует доступ на любые порты для входящих соединений поступающие из интернета.
Но NAT и Firewall это суть разные понятия. Firewall просто запрещает доступ к ресурсу по определенному TCP или UDP порту, может устанавливаться на локальной машине для ограничения доступа только к ней или же на сервере для фильтрации трафика по всей локальной сети. Перед NAT задача стоит более развернуто. Сервис запрещает или разрешает доступ внутри сети по конкретному IP адресу или диапазону адресов. Таким образом клиент, который обращается к ресурсу не видит действительного IP адреса ресурса. NAT переводит внутренний IP в адрес, который будет виден из интернета.
Чтобы проверить находится ли компьютер за NAT или транслирует в интернет реальный адрес можно следующим образом:
Вывод команды показывает следующие данные:
Как теперь разобрать является ли адрес локальным или же напрямую «смотрит» в интернет. Согласно спецификации, существует четыре диапазона адресов, которые ни при каких обстоятельствах не используются в интернете, а являются исключительно локальными:
В том случае, когда адрес машины попадает в один из этих диапазонов, следует считать, что компьютер находится в локальной сети или «за» NAT. Можно также дополнительно использовать специальные службы, которых есть множество в интернете для определения реального IP адреса. Теперь стало понятнее находится ли компьютер за NAT в роутере что это за сервис, и за то он отвечает.
Проблемы NAT и возможности решения
С момента появления NAT сразу же стали проявляться проблемы. Невозможно было получить доступ по отдельному протоколу или в работе отдельных программ. Данные проблемы так и не удалось полностью устранить, получилось только найти некоторые варианты решения только с использованием трансляции адресов, но ни один вариант решения не является правильным с точки зрения спецификаций администрирования.
В качестве примера можно рассмотреть протокол передачи файлов (FTP), который был саммым распространенным к появлению NAT. Для файловых серверов (FTP) ключевым является реальный IP адрес компьютера, который посылает запрос на доступ. Здесь преобразование адресов не работает, потому что запрос на сервер отправляется с IP, невидимого из интернета. Нет возможности создать сессию клиент-сервер для загрузки файлов. Обойти проблему помогает использование FTP в пассивном режиме. В этом режиме используется другой набор команд, и работа ведется через специальный прокси-сервер, который дополнительно открывает другой порт для соединения и передает его программе клиенту. Проблемой такого решения является то, что необходимо использовать сторонние FTP клиенты.
Полностью избавиться от проблемы доступа получилось только с появлением SOCKS (Socket Secure) протокола. Этот протокол позволяет обмениваться данными через прокси-сервер в «прозрачном» режиме. То есть сервер не будет знать, что происходит подмена адресов с локальных на глобальные и наоборот. Изобретение SOCKS позволило избавиться от ряда проблем и упростить работу администрирования сети:
Использование NAT и SOCKS не всегда оправдано с точки зрения сетевого администрирования. Иногда более целесообразным является использование специализированных прокси, которых существуете множество для любого протокола передачи данных.
Настройка NAT на компьютере
Все современные операционные системы имеют уже встроенный NAT. В Windows эта функция реализована с 1999 года с появлением Windows XP. Управление NAT осуществляется непосредственно через свойства сетевого подключения. Чтобы настроить службу нужно сделать следующее:
Если при выведется сообщение что невозможно запустить службу общего доступа, нужно убедиться, что запущена служба DHCP-клиент. При необходимости можно установить запуск службы принудительно, а не по запросу автоматически.
Настройка NAT на маршрутизаторе
Что такое NAT в роутере, целесообразность его использования и проблемы, которые он может создать было описано выше, теперь можно перейти непосредственно к реализации задачи. Настройка службы на роутере зависит от его модели, используемой прошивки и других параметров. Но достаточно понять механизм, чтобы не возникало сложностей и вопросов по настройке отдельного устройства. Для настройки выполняются следующие действия (в качестве примера настройки выполняются на роутере Zyxel на прошивке v1):
Открывшаяся страница и будет той, которая управляет политиками доступа и маршрутизацией. Здесь необходимо включить службу, активировав переключатель в положение «Enable». Сами настройки выполняются в группе «Criteria». Выбираются параметры NAT по нескольким категориям фильтров:
В качестве объекта перенаправления можно выбрать следующие варианты:
В каждом отдельно взятом роутере настройки и название пунктов меню может отличаться, но принцип построения NAT остается неизменным.