NAT与PAT详解

一、NAT概述

1、NAT的基本概念

网络地址转换（Network Address Translation），缩写NAT，它是将私有网络地址转换为可以在公网上使用的地址的一种方法。简单来说，就是在私有网络和公网之间架设一道“屏障”，将私有网络的地址转换为公网地址以使得私有网络可以访问公网。

2、NAT分为哪几种类型

NAT的类型分为静态NAT和动态NAT。静态NAT是指将内部设备的地址与公网地址进行一一映射，这种NAT只适合于有限数量的内部设备需要访问公网的场景；而动态NAT则是使用一组共享的公网地址，在内部设备访问公网时将内部地址与共享公网地址进行映射。

3、NAT实现原理

static_nat(ip, port, public_ip, public_port)
   for each packet from internal_network to ip:port do
       modify packet source to public_ip:public_port
       send packet to external_network

二、PAT概述

1、PAT的基本概念

端口地址转换（Port Address Translation），缩写PAT，是一种在网络地址转换（NAT）时使用的方法。它是将一个单一的公共IP地址与许多私人的IP地址进行关联，以允许在单个公共IP地址下运行多个设备。

2、PAT的优点

PAT的最大优点就是能够倍增内部网络的IP地址数目，从而避免公共IP地址过于紧张的情况。

3、PAT实现原理

动态PAT（找空闲端口）
   for each packet from internal network to ip:port do
      if this flow is not in the translate table then
         allocate a new public port for this flow
         add this entry to the translate table
      fi
      modify packet source to public_ip:new_port
      send packet to external network

三、NAT VS PAT （优缺点对比）

1、NAT优点

（1）增加网络安全性：NAT可以将内部网络与外部世界进行有效隔离，不直接暴露IP地址，增强了网络安全。

（2）降低IP地址的需求，延长可用IP地址的寿命。

2、NAT缺点

（1）无法很好地支持多媒体应用、视频会议、文件共享等，因为这些应用的端口协议多样，其路由表较大，难免会有数据包转发错误的情况。

3、PAT优点

（1）能够将多个内网地址对应到同一个外网地址上，这个外网地址是公网地址，很容易实现Internet访问，比NAT更具扩展性和适应多样性。

（2）更大的安全优势，建立了规则映射表，屏蔽了内网用户的真实IP地址，只暴露身份不暴露IP地址，大大地提高了内部网络的透明性。

4、PAT缺点

（1）无法支持多媒体应用、视频会议、文件共享等，因为这些应用的端口协议多样，其路由表较大，难免会有数据包转发错误的情况。

四、NAT和PAT在实际应用中的场景

1、NAT的应用场景

（1）小型企业：大部分小型企业无法承受过大的费用，NAT为他们提供了一个可以访问Internet的方式，同时减少了对一个公司/机构的公共IP地址需求。

（2）家用网络：家庭网络中的路由器使大部分家庭用户享受到了NAT的便利。无论用户家中内网有多少台计算机，家庭网络都可以通过单一的IP地址共享Internet连接。

2、PAT的应用场景

（1）企业：许多企业需要多个计算机或服务器共享单个公共IP地址，PAT为他们提供了最合适的解决方法。

（2）网络游戏：在网络游戏中，许多玩家需要使用ISP提供的网关，使用PAT实现多个用户在一个公共IP地址下访问服务器，并避免服务器重复处理同样的IP地址。

五、总结

本文对NAT和PAT进行了详细的阐述，介绍了它们的基本概念、优点及缺点，并对NAT和PAT在实际应用中的场景进行了说明。希望此文能给需要了解NAT和PAT的读者提供帮助。

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