NAT路由器，解决跨网段通讯难题_兆越通讯_NAT路由器

NAT路由器，解决跨网段通讯难题

2025/2/14 16:21:32

引言

在网络技术日新月异的今天，设备连网需求如井喷般增长。网际网协议第4版（IPv4）虽搭建起网络互连的基础框架，但面对海量设备接入，其有限的地址资源正逐渐走向枯竭。为化解这一危机，私有IP地址和NAT技术顺势而生。NAT 路由器作为NAT技术的关键践行者，通过实现私有与公共IP地址的转换，解决了不同子网间跨网段通讯难题，保障设备间的顺畅通信。

背景

网际网协议第4版，即IPv4定义了一个跨越异种网络互连的超级网，可以为每个网际网的节点分配全球唯一IP地址。IPv4使用32位地址格式，理论上提供了约43亿个唯一IP地址。然而，随着互联网的迅速发展，尤其是个人电脑、移动设备和物联网设备的大规模普及，使得这些地址资源逐渐耗尽。于是1996年发布的RFC 1918定义了三个范围的私有IP地址（10.0.0.0/8,172.16.0.0/12,192.168.0.0/16），这些地址可以在内部网络中重复使用，而不必在全球范围内唯一。

通过使用私有IP地址，企业和服务提供商能够更有效地利用有限的公共IP地址资源。而NAT（Network Address Translation，网络地址转换）技术，可以有效地管理内部私有IP地址与外部公共IP地址之间的转换，确保不同子网中的设备能够相互通信。并且在一定程度上提供了安全性，因为它隐藏了内部网络的真实结构，增加了外部攻击者的入侵难度。

NAT路由器的几种应用场景

1.静态NAT

如果希望一台主机优先使用某个关联地址，或者想要外部网络使用一个指定的公网地址访问内部服务器时，可以使用静态NAT，让私网地址和公网地址进行一对一映射。

静态NAT可以实现内外网络的双向互访，既支持从内部网络发起的出站连接，也支持从外部网络发起的入站连接,但这没有做到缓解地址短缺的问题，只是做到了地址转换。显然这种方式对节约公网IP没有太大意义，主要是为了实现一些特殊的组网需求，如用户希望隐藏内部主机的真实IP。

2.动态 NAT

动态NAT是从预定义的公共IP池中为内部设备动态分配可用的外部IP地址。这种方式适用于不需要固定映射关系的场景，如普通的互联网浏览。每次连接建立时，内部设备可能会获得不同的外部IP地址，当不需要此连接时，对应的地址映射将会被删除，公网地址也会被恢复到地址池中待用。提高了灵活性和资源利用率，实现了一定程度的缓解地址短缺问题。

当内部主机访问外部网络时临时分配一个地址池中未使用的地址，并将该地址标记为“In Use”，当主机不再访问外部网络时回收分配的地址，重新标记为“Not Use”。但这种随机临时产生映射表项不支持从外到内的主动访问，只能解决从内到外访问的报文的回报能被顺利接收。

3.PAT

PAT（Port Address Translation，端口地址转换，一对多模型，也叫端口地址复用），是NAT最典型的应用场景，它是在NAT的基础上发展而来，不仅改变IP地址，还会修改TCP/UDP报文中的端口号，从而允许多个内部设备共享同一个公共IP地址。端口复用PAT通过将源IP地址和端口号的组合映射到唯一的公共IP地址和端口号上，实现多个内部主机共享一个公共IP地址。

远程用户希望通过互联网访问这些摄像机，但直接连接到私有IP地址是不可能的，因为它们不是全球唯一的公共IP地址。而通过路由器上的DNAT功能，可以将特定的一个公共IP地址和端口号映射到内部多个IP摄像机的私有IP地址和端口上，从而允许外部请求到达指定的摄像机。PAT允许多个内部主机共享一个公共IP地址，减少了对公共IP地址资源的需求，提高了IP地址的利用率。

工厂应用

某工厂随着生产需求的增长，可能会增加越来越多的PLC设备，但如果没有培训和技术支持来帮助相关人员理解并正确实施网络配置同步更新网络规划，新增设备可能会发生IP冲突的情况。而工厂就需要向PLC厂家去要求修改IP地址，一来一回影响到工厂的生产效率。为了简化生产和测试流程，通常会给所有的PLC设备设置相同的默认IP地址，再用NAT路由器给每个PLC映射唯一IP，实现IP地址转换和跨网段访问。