Лекция 14: NAT (Компьютерные сети)

• Обсуждение технологии NAT, которая преобразует сетевые адреса.  

• NAT может применяться в различных ситуациях в зависимости от задачи.  

• Цель: понять, как NAT помогает и мешает разработчикам приложений.  

• NAT позволяет маршрутизаторам переписывать адреса сетевых пакетов.  

• Может также переписывать адреса транспортного уровня, такие как порты.  

• Основная причина использования NAT - нехватка IP-адресов в пространстве IPv4.  

• В больших сетях, таких как домашние или корпоративные, не хватает IP-адресов.  

• Маршрутизаторы на границе сети связывают её с внешним миром, но не могут выдать каждому устройству глобальный адрес.  

• NAT позволяет использовать приватные адреса для устройств в сети.  

• Маршрутизатор использует NAT для маршрутизации пакетов.  

• Без NAT пакеты с приватными адресами не могут быть обработаны серверами в интернете.  

• NAT помогает идентифицировать отправителя пакета и обеспечивает корректную маршрутизацию.  

• Один публичный адрес и много приватных адресов требуют переадресации пакетов.  

• Маршрутизатор должен заменять адрес отправителя и получателя.  

• Проблема в том, что маршрутизатор не знает, какой приватный адрес использовать.  

• Зашивание пакетов для безопасности не используется.  

• Приватные сети видны как один пользователь снаружи.  

• Возможность отправки пакетов внутри сети с приватным адресом.  

• Несколько NAT могут быть проблемой.  

• Модификация заголовков пакетов требует поддержки всех устройств.  

• Технология использует таблицу соответствия для переадресации.  

• Маршрутизатор хранит таблицу соответствия для переадресации.  

• Недостаточно знать только IP-адрес.  

• Использование номеров портов для однозначной переадресации.  

• Инициация передачи данных должна исходить от хоста внутри сети.  

• Маршрутизатор запоминает информацию о исходящих пакетах.  

• Таблица содержит IP-адрес, порт отправителя и получателя.  

• Маршрутизатор анализирует порты для однозначной переадресации.  

• Если несколько отправителей используют один порт, маршрутизатор использует следующий свободный порт.  

• Проверка уникальности по комбинации IP-адреса, порта отправителя и порта получателя.  

• Коллизии портов могут возникать, если несколько хостов используют один порт.  

• Маршрутизатор использует следующий свободный порт при коллизии.  

• Проверка уникальности по четырем колонкам для входящих пакетов.  

• Не все реализации сохраняют номер порта, например, в сетях мобильных операторов.  

• Мобильные телефоны находятся в приватном адресном пространстве, и маршрутизаторы выпускают трафик в интернет.  

• Порты выбираются по порядку или непредсказуемым образом, что может мешать работе.  

• В таблице может быть колонка для хранения внешнего адреса.  

• Маршрутизатор может балансировать трафик между несколькими внешними адресами.  

• Это позволяет увеличить количество пользователей, но ограничивает количество одновременных записей.  

• Если много пользователей обращаются к одному серверу, каждому из них нужен уникальный порт.  

• Количество одновременных записей с совпадающими IP-адресом и портом ограничено.  

• Если есть несколько публичных адресов, количество портов умножается на их количество.  

• NAT используется не только в крупных сетях, но и в домашних.  

• Это необходимо, если интернет-провайдер выдал один публичный адрес, а нужно много устройств.  

• NAT преобразует порты транспортного уровня и IP-адреса.  

• NAT может сопоставлять приватные адреса пользователей с публичными адресами.  

• Это позволяет скрыть адреса внутренних пользователей и изменять множество активных хостов.  

• Обычный NAT, не оперирующий транспортным уровнем, работает быстрее и имеет меньшую таблицу сопоставлений.  

• Применяется для серверов, которые могут быть резервными и не использоваться в данный момент.  

• Если серверы захотят получить доступ к сети, они могут вытеснить другие серверы из таблицы.  

• Возможны промежуточные варианты с ограниченной функциональностью.  

• Изменение IP-адреса и порта отправителя может запутать приложения, использующие протоколы с IP и портами.  

• Приложения во внутренней сети могут работать нормально, но во внешней сети могут возникнуть проблемы.  

• Протоколы предусматривают механизмы для определения публичного адреса и порта.  

• Если оба пользователя находятся за NAT, они не могут общаться напрямую.  

• Можно создать запись в таблице NAT вручную, чтобы маршрутизатор мог переписывать IP-адреса и порты.  

• Это позволяет пользователям за NAT общаться через публичный адрес маршрутизатора.  

• Существуют протоколы, такие как NAT-T, которые позволяют устройствам автоматически добавлять записи в таблицу NAT.  

• Эти протоколы включены по умолчанию на многих домашних маршрутизаторах.  

• NAT-T также обеспечивает дополнительный слой защиты, хотя и не стопроцентный.  

• Если NAT-T не работает, можно использовать третью сторону для соединения хостов.  

• Данные могут проходить через сервер с публичным адресом, но это менее эффективно.  

• Протоколы стараются обеспечить прямое общение хостов, используя третью сторону только как помощника.  

• NAT сохраняет номера портов, используемые отправителем.  

• В сетях мобильных операторов и крупных интерпрайс-сетях порты могут быть непредсказуемыми.  

• В таких сетях используются костыли, но они менее надежны.  

• Пользователь отправляет пакет третьей стороне, используя UDP.  

• Третья сторона запоминает IP-адрес и порт отправителя.  

• Оба пользователя отправляют пакеты, используя те же порты, что и при отправке посреднику.  

• Если маршрутизаторы не заменили порты, пакеты могут пройти.  

• В случае замены портов, можно попробовать использовать другие случайные порты.  

• Посредник может сообщить, был ли заменен порт, что помогает в диагностике.  

• NAT используется в различных VPN-приложениях, таких как Skype.  

• В Skype есть фолбек для обхода NAT, что увеличивает задержку.  

• В браузерах используется стандарт RTCMP для установления VPN-соединений.  

• NAT помогает в защите пользователей и экономии публичных адресов.  

• Однако, он мешает работе некоторых приложений, требуя дополнительных механизмов.  

• В IPv6 NAT используется для скрытия адресов конкретных хостов, но это не всегда эффективно.  

• Записи в таблице имеют время жизни, и можетизатор обновляет его при обмене данными.  

• Если данные не передаются, запись удаляется через определенное время.  

• Запись может сохраняться, если данные передаются в обе стороны, или только при отправке данных изнутри.  

• Мобильные операторы могут удалять записи, если данные не передаются регулярно.  

• Для поддержания записи приходится использовать лайф-пакеты, что не всегда оптимально.  

• Интервал отправки лайф-пакетов зависит от настроек оператора и определяется экспериментально.  

• Необходимо либо писать эвристический алгоритм для подбора оптимального интервала, либо использовать фиксированный интервал, например, 30 секунд.  

• Это приводит к отправке большего количества данных, чем необходимо.  

• Важно учитывать, что пользователи могут быть за NAT, что влияет на технические решения.