8.4、网络层—NAT协议（简介）

一、NAT协议

  由于私有IP地址不能在Internet网络上的核心网络设备间进行寻址（Internet网络上的设备将丢弃寻址私有IP地址的包），因此，私有IP地址只能用于内部网络，不能用于公共网络，当内部网络设备想要和Internet网络上的主机通信时，可以使用NAT协议。公共IP地址和私有IP地址的详细内容，请查看：
8.2、网络层—有类IP地址的子网划分和无类地址间路由（CIDR）

NAT协议（Network Address Translation）通过修改IP数据报文中的IP地址来实现地址转换，由于NAT协议需要对IP数据报文中的IP地址进行转换，因此，IP数据报中涉及IP地址信息的部分在NAT协议中不能被加密，例如，NAT协议不能使用加密的FTP连接，否则FTP协议的port命令不能被正确转换。

1.1、NAT协议的三种转换方式

  NAT协议的转换方式有三种：①、静态转换（Static Nat）；②、动态转换（Dynamic Nat）；③、端口多路复用（Port address Translation，PAT）。详细内容如下：
①、静态转换（Static Nat）：内部网络的私有IP地址和公有IP地址之间的映射关系是一对一的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换，可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备（如服务器）的访问。
②、动态转换（Dynamic Nat）：内部网络的私有IP地址和公有IP地址之间的映射关系是多对多的，所有被授权访问的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法公有IP地址。所有的合法的公有IP地址可以组成外部地址集。
③、端口多路复用（Port address Translation，PAT）：内部网络的私有IP地址和公有IP地址之间的映射关系是多对一的，内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，不同的私有IP地址可以与同一个公有IP地址的多个端口进行一对一的映射，具体过程如下图所示：

端口多路复用中，一个公有IP地址最多可以支持2^16（端口数量）个私有IP地址的映射。

1.2、穿透NAT协议的3种方式

• 方式一：利用1.1中的静态转换（Static Nat）方式，如下图所示：

• 方式二：类似于1.1中的静态转换（Static Nat）的工作方式，如下图所示：

• 方式三：利用中继（Skype）服务器，常用在p2p应用中，如下图所示：