NAT與PAT詳解

一、NAT概述

1、NAT的基本概念

網絡地址轉換（Network Address Translation），縮寫NAT，它是將私有網絡地址轉換為可以在公網上使用的地址的一種方法。簡單來說，就是在私有網絡和公網之間架設一道“屏障”，將私有網絡的地址轉換為公網地址以使得私有網絡可以訪問公網。

2、NAT分為哪幾種類型

NAT的類型分為靜態NAT和動態NAT。靜態NAT是指將內部設備的地址與公網地址進行一一映射，這種NAT只適合於有限數量的內部設備需要訪問公網的場景；而動態NAT則是使用一組共享的公網地址，在內部設備訪問公網時將內部地址與共享公網地址進行映射。

3、NAT實現原理

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

端口地址轉換（Port Address Translation），縮寫PAT，是一種在網絡地址轉換（NAT）時使用的方法。它是將一個單一的公共IP地址與許多私人的IP地址進行關聯，以允許在單個公共IP地址下運行多個設備。

2、PAT的優點

PAT的最大優點就是能夠倍增內部網絡的IP地址數目，從而避免公共IP地址過於緊張的情況。

3、PAT實現原理

動態PAT（找空閑端口）
   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 （優缺點對比）

1、NAT優點

（1）增加網絡安全性：NAT可以將內部網絡與外部世界進行有效隔離，不直接暴露IP地址，增強了網絡安全。

（2）降低IP地址的需求，延長可用IP地址的壽命。

2、NAT缺點

（1）無法很好地支持多媒體應用、視頻會議、文件共享等，因為這些應用的端口協議多樣，其路由表較大，難免會有數據包轉發錯誤的情況。

3、PAT優點

（1）能夠將多個內網地址對應到同一個外網地址上，這個外網地址是公網地址，很容易實現Internet訪問，比NAT更具擴展性和適應多樣性。

（2）更大的安全優勢，建立了規則映射表，屏蔽了內網用戶的真實IP地址，只暴露身份不暴露IP地址，大大地提高了內部網絡的透明性。

4、PAT缺點

（1）無法支持多媒體應用、視頻會議、文件共享等，因為這些應用的端口協議多樣，其路由表較大，難免會有數據包轉發錯誤的情況。

四、NAT和PAT在實際應用中的場景

1、NAT的應用場景

（1）小型企業：大部分小型企業無法承受過大的費用，NAT為他們提供了一個可以訪問Internet的方式，同時減少了對一個公司/機構的公共IP地址需求。

（2）家用網絡：家庭網絡中的路由器使大部分家庭用戶享受到了NAT的便利。無論用戶家中內網有多少台計算機，家庭網絡都可以通過單一的IP地址共享Internet連接。

2、PAT的應用場景

（1）企業：許多企業需要多個計算機或服務器共享單個公共IP地址，PAT為他們提供了最合適的解決方法。

（2）網絡遊戲：在網絡遊戲中，許多玩家需要使用ISP提供的網關，使用PAT實現多個用戶在一個公共IP地址下訪問服務器，並避免服務器重複處理同樣的IP地址。

五、總結

本文對NAT和PAT進行了詳細的闡述，介紹了它們的基本概念、優點及缺點，並對NAT和PAT在實際應用中的場景進行了說明。希望此文能給需要了解NAT和PAT的讀者提供幫助。