Full cone nat что это такое

NAT (от англ. Network Address Translation — «преобразование сетевых адресов») — это механизм в сетях TCP/IP, позволяющий преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов. Также имеет названия IP Masquerading, Network Masquerading и Native Address Translation.

Содержание

Функционирование [ править | править код ]

Преобразование адреса методом NAT может производиться почти любым маршрутизирующим устройством — маршрутизатором [1] , сервером доступа, межсетевым экраном. Наиболее популярным является SNAT( Static Network Address Translation), суть механизма которого состоит в замене адреса источника (англ. source ) при прохождении пакета в одну сторону и обратной замене адреса назначения (англ. destination ) в ответном пакете. Наряду с адресами источник/назначение могут также заменяться номера портов источника и назначения.

Принимая пакет от локального компьютера, роутер смотрит на IP-адрес назначения. Если это локальный адрес, то пакет пересылается другому локальному компьютеру. Если нет, то пакет надо переслать наружу в интернет. Но ведь обратным адресом в пакете указан локальный адрес компьютера, который из интернета будет недоступен. Поэтому роутер «на лету» транслирует (подменяет) обратный IP-адрес пакета на свой внешний (видимый из интернета) IP-адрес и меняет номер порта (чтобы различать ответные пакеты, адресованные разным локальным компьютерам). Комбинацию, нужную для обратной подстановки, роутер сохраняет у себя во временной таблице. Через некоторое время после того, как клиент и сервер закончат обмениваться пакетами, роутер сотрет у себя в таблице запись об n-м порте за сроком давности.

Помимо source NAT (предоставления пользователям локальной сети с внутренними адресами доступа к сети Интернет) часто применяется также destination NAT, когда обращения извне транслируются межсетевым экраном на компьютер пользователя в локальной сети, имеющий внутренний адрес и потому недоступный извне сети непосредственно (без NAT).

Существует 3 базовых концепции трансляции адресов: статическая (Static Network Address Translation), динамическая (Dynamic Address Translation), маскарадная (NAPT, NAT Overload, PAT).

Статический NAT — отображение незарегистрированного IP-адреса на зарегистрированный IP-адрес на основании один к одному. Особенно полезно, когда устройство должно быть доступным снаружи сети.

Динамический NAT — отображает незарегистрированный IP-адрес на зарегистрированный адрес из группы зарегистрированных IP-адресов. Динамический NAT также устанавливает непосредственное отображение между незарегистрированными и зарегистрированными адресами, но отображение может меняться в зависимости от зарегистрированного адреса, доступного в пуле адресов, во время коммуникации.

Перегруженный NAT (NAPT, NAT Overload, PAT, маскарадинг) — форма динамического NAT, который отображает несколько незарегистрированных адресов в единственный зарегистрированный IP-адрес, используя различные порты. Известен также как PAT (Port Address Translation). При перегрузке каждый компьютер в частной сети транслируется в тот же самый адрес, но с различным номером порта.

Механизм NAT определён в RFC 1631, RFC 3022.

Типы NAT [ править | править код ]

Классификация NAT, часто встречающаяся в связи с VoIP. [2] Термин «соединение» использован в значении «последовательный обмен пакетами UDP».

Симметричный NAT (Symmetric NAT) — трансляция, при которой каждое соединение, инициируемое парой «внутренний адрес: внутренний порт» преобразуется в свободную уникальную случайно выбранную пару «публичный адрес: публичный порт». При этом инициация соединения из публичной сети невозможна. [ источник не указан 1204 дня ]

Cone NAT, Full Cone NAT — однозначная (взаимная) трансляция между парами «внутренний адрес: внутренний порт» и «публичный адрес: публичный порт». Любой внешний хост может инициировать соединение с внутренним хостом (если это разрешено в правилах межсетевого экрана).

Address-Restricted cone NAT, Restricted cone NAT — постоянная трансляция между парой «внутренний адрес: внутренний порт» и «публичный адрес: публичный порт». Любое соединение, инициированное с внутреннего адреса, позволяет в дальнейшем получать ему пакеты с любого порта того публичного хоста, к которому он отправлял пакет(ы) ранее.

Port-Restricted cone NAT — трансляция между парой «внутренний адрес: внутренний порт» и «публичный адрес: публичный порт», при которой входящие пакеты проходят на внутренний хост только с одного порта публичного хоста — того, на который внутренний хост уже посылал пакет.

Преимущества [ править | править код ]

NAT выполняет три важных функции.

1. Позволяет сэкономить IP-адреса (только в случае использования NAT в режиме PAT), транслируя несколько внутренних IP-адресов в один внешний публичный IP-адрес (или в несколько, но меньшим количеством, чем внутренних). По такому принципу построено большинство сетей в мире: на небольшой район домашней сети местного провайдера или на офис выделяется 1 публичный (внешний) IP-адрес, за которым работают и получают доступ интерфейсы с приватными (внутренними) IP-адресами.
2. Позволяет предотвратить или ограничить обращение снаружи ко внутренним хостам, оставляя возможность обращения изнутри наружу. При инициации соединения изнутри сети создаётся трансляция. Ответные пакеты, поступающие снаружи, соответствуют созданной трансляции и поэтому пропускаются. Если для пакетов, поступающих снаружи, соответствующей трансляции не существует (а она может быть созданной при инициации соединения или статической), они не пропускаются.
3. Позволяет скрыть определённые внутренние сервисы внутренних хостов/серверов. По сути, выполняется та же указанная выше трансляция на определённый порт, но возможно подменить внутренний порт официально зарегистрированной службы (например, 80-й порт TCP (HTTP-сервер) на внешний 54055-й). Тем самым, снаружи, на внешнем IP-адресе после трансляции адресов на сайт (или форум) для осведомлённых посетителей можно будет попасть по адресу http://example.org:54055, но на внутреннем сервере, находящемся за NAT, он будет работать на обычном 80-м порту. Повышение безопасности и сокрытие «непубличных» ресурсов.

Недостатки [ править | править код ]

1. Старые протоколы. Протоколы, разработанные до массового внедрения NAT, не в состоянии работать, если на пути между взаимодействующими хостами есть трансляция адресов. Некоторые межсетевые экраны, осуществляющие трансляцию IP-адресов, могут исправить этот недостаток, соответствующим образом заменяя IP-адреса не только в заголовках IP, но и на более высоких уровнях (например, в командах протокола FTP). См. Application-level gateway.
2. Идентификация пользователей. Из-за трансляции адресов «много в один» появляются дополнительные сложности с идентификацией пользователей и необходимость хранить полные логи трансляций.
3. Иллюзия DoS-атаки. Если NAT используется для подключения многих пользователей к одному и тому же сервису, это может вызвать иллюзию DoS-атаки на сервис (множество успешных и неуспешных попыток). Например, избыточное количество пользователей ICQ за NAT приводит к проблеме с подключением к серверу некоторых пользователей из-за превышения допустимой скорости подключений. Частичным решением проблемы является использование пула адресов (группы адресов), для которых осуществляется трансляция.
4. Пиринговые сети. В NAT-устройствах, не поддерживающих технологию Universal Plug & Play, в некоторых случаях, необходима дополнительная настройка (см. Трансляция порт-адрес) при работе с пиринговыми сетями и некоторыми другими программами, в которых необходимо не только инициировать исходящие соединения, но также принимать входящие.

Пример [ править | править код ]

Трансляция локальной сети с диапазоном адресов 172.16.14.0/24 в глобальную сеть будет осуществляться через один внешний IP-адрес (адрес маршрутизатора, выполняющего трансляцию).

Применение:IP сеть через единственный IP-адрес [ править | править код ]

• 
• На рабочих станциях указанный шлюз по умолчанию или gateway
• Преобразует служебные заголовки, формирует идентичный IP-пакет
• Публикация локальных ресурсов во внешней IP-сети

• Экономическая выгода вследствие приобретения единственного IP-подключения, а не IP-сети.

• Сокрытие от внешнего наблюдателя структуры внутренней IP-сети.

• Организация системы с распределенной нагрузкой.

• При общем доступе через NAT прозрачно открывается доступ к внутренней структуре с защитой без использования межсетевого экрана и т. п.

• Через NAT корректно работают многие сетевые протоколы. Конструктивные реализации (общий доступ — это и есть подключение NAT) есть аппаратная реализация NAT (интегрированы межсетевые экраны).

NAT loopback [ править | править код ]

Смысл технологии NAT loopback (или NAT hairpinning) прост: если пакет приходит из внутренней сети на внешний IP-адрес маршрутизатора, он считается пришедшим извне — а значит, работают правила брандмауэра, относящиеся ко внешним соединениям. И если пакет успешно пройдёт сквозь брандмауэр, сработает NAT, взяв на себя посредничество между двумя внутрисетевыми машинами. Это даёт две вещи.

1. Прямо изнутри локальной сети можно проверить, как настроены сетевые службы.
2. Доступ к серверу, находящемуся в локальной сети, по доменному имени. Без NAT loopback пришлось бы править файл hosts на каждой машине для каждого задействованного домена и поддомена.

Недостатком NAT loopback можно считать повышенную нагрузку на хаб и маршрутизатор (по сравнению с прямым доступом к серверу).

NAT Traversal [ править | править код ]

NAT Traversal (прохождение или автонастройка NAT) — это набор возможностей, позволяющих сетевым приложениям определять, что они находятся за устройством, обеспечивающим NAT, узнавать внешний IP-адрес этого устройства и выполнять сопоставление портов для пересылки пакетов из внешнего порта NAT на внутренний порт, используемый приложением; все это выполняется автоматически, пользователю нет необходимости вручную настраивать сопоставления портов или вносить изменения в какие-либо другие параметры. Однако существуют меры предосторожности в доверии к таким приложениям — они получают обширный контроль над устройством, появляются потенциальные уязвимости.

Программная реализация NAT [ править | править код ]

При наличии уже существующего сервера под управлением серверной ОС возможно организовать трансляцию адресов без необходимости закупки дополнительных, аппаратных устройств. Как правило для программной реализации NAT требуется наличие по крайней мере двух сетевых адаптеров в сервере (возможны варианты с одним, но при наличии trunk-VLAN).

Все существующие и использующиеся серверные ОС поддерживают простейшую трансляцию адресов.

С точки зрения отказоустойчивости, гибкости и производительности, используются операционные системы семейства UNIX (большинство GNU/Linux, *BSD-системы, а также OpenSolaris и др.). Во многих из них NAT доступен «из коробки», в других возможна реализация за счёт добавления модулей в сочетании с межсетевыми экранами с функциями трансляции адресов (IPFW, IPtables и др.). Также, NAT работает «из коробки» в семействе операционных систем Windows Server.

Cone NAT, Full Cone NAT — Однозначная (взаимная) трансляция между парами «внутренний адрес: внутренний порт» и «публичный адрес: публичный порт». Любой внешний хост может инициировать соединение с внутренним хостом (если это разрешено в правилах межсетевого экрана).

Перегруженный NAT (NAPT, NAT Overload, PAT, маскарадинг) — форма динамического NAT, который отображает несколько незарегистрированных адресов в единственный зарегистрированный IP-адрес, используя различные порты. Известен также как PAT (Port Address Translation). При перегрузке каждый компьютер в частной сети транслируется в тот же самый адрес, но с различным номером порта.

Written on 13 Января 2009 . Posted in Сетевая безопасность

ОГЛАВЛЕНИЕ

При этом используются следующие термины:

• Inside Local (IL). Это адрес, присвоенный хосту, находящемуся в локальной сети. В данном случае адреса 10.0.0.100 и 172.16.0.100 – адреса IL.
• Inside Global (IG). Это внешний адрес, при отправлении пакетов на который они будут доставлены на хост с адресом IL. В данном случае для хоста 10.0.0.100 адресом IG является 111.222.0.1.
• Outside Global (OG). Внешний адрес хоста, доступ к которому мы хотим получить из нашей локальной сети. В данном случае, если мы отправляем пакет от 10.0.0.100 для 172.16.0.100, адресом OG будет 111.222.0.2.
• Outside Local (OL). Это адрес, под которым адреса внешних хостов видны внутри локальной сети. В данном случае, если мы отправляем пакет от 10.0.0.100 для 172.16.0.100, для хоста 172.16.0.100 это будет выглядеть так, будто пакет пришёл от 172.16.0.1 (адрес OL).

Простейший случай NAT – это трансляция адресов Inside Local в Inside Global и наоборот. При этом маршрутизатор, выполняющий NAT, модифицирует поле адреса в заголовке IP следующим образом:

• в исходящих пакетах адрес источника IL заменяется на IG, и пакет отправляется дальше по роутингу к хосту с адресом OG;
• во входящих пакетах адрес приемника IG заменяется на IL и отправляется в локальную сеть для хоста с адресом IL.

Таким образом, в таблице сопоставлений NAT каждая запись состоит из двух значений – IL и IG.

Эта или подобная схема иногда применяется для обеспечения доступа снаружи к хостам, находящимся в локальной сети (например, к веб-серверу или FTP-серверу). Она может также применяться для балансировки нагрузки путем динамического распределения пакетов, приходящих на публичный адрес маршрутизатора, между несколькими серверами, находящимися в локальной сети, и еще в некоторых случаях.

Более распространённый случай – это NPAT, network and port address translation. При использовании NPAT в таблице сопоставлений каждая запись имеет не два (как в простом NAT), а пять значений:

• транспортный протокол;
• локальный адрес (IL);
• локальный порт;
• глобальный адрес (IG);
• глобальный порт.

Это позволяет использовать единственный публичный адрес для предоставления доступа в Интернет компьютерам, находящимся в локальной сети. В документации Cisco такая схема обычно называется «NAT with port overload» или короче – «NAT overload».

Исторически сложилось так, что именно его, как правило, имеют в виду, когда употребляют термин «NAT», и о нём мы и будем говорить в дальнейшем, ввиду его распространённости.

До сих пор речь шла о вещах общеизвестных. Однако, если посмотреть на NAT поближе, возникают новые вопросы. Возьмём простейшую сеть, с одним компьютером и одним маршрутизатором, выполняющим NAT. Модель маршрутизатора в данном случае не слишком важна – допустим, что это давно устаревшая, но все еще популярная Cisco 1601R.

В конфигурации маршрутизатора указано, что он должен выполнять NAT для всех пакетов, с адресами источника 192.168.0.0/24, пришедших через интерфейс Ethernet0 и отправляемых далее через интерфейс Serial0, а также для ответных пакетов, пришедших через Serial0, для которых есть соответствующая запись в таблице трансляций:

interface Serial0
ip address 11.22.33.44 255.255.255.252
ip nat outside

interface Ethernet0
ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
ip nat inside

ip nat inside source list MyNetwork interface Serial0 overload
ip access-list extended MyNetwork
permit ip 192.168.0.0 0.0.0.255 any

Предположим, компьютер с адресом IL 192.168.0.141 отправляет DNS-запрос на внешний хост 1.2.3.4 (порт 53, протокол UDP). Как следует из конфигурации, наш внешний адрес IG – 11.22.33.44.

В результате этого в таблице NAT появится примерно такая запись:

Proto Inside global Inside local Outside local Outside global

UDP 11.22.33.44:1053 192.168.0.141:1053 1.2.3.4:53 1.2.3.4:53

Допустим, после появления такой записи в таблице, другой хост, 1.2.3.5, отправляет пакет UDP с адресом назначения 11.22.33.44 и портом назначения 1053. Вопрос – получит ли наш хост 192.168.0.141 этот пакет?

Здравый смысл подсказывает, что вроде бы не должен. С другой стороны, налицо факт: в нашей таблице NAT черным по белому записано, что пакет с адресом назначения 11.22.33.44 и портом назначения 1053 нужно принять и транслировать в локальную сеть для хоста 192.168.0.141 (который его примет и молча уничтожит, поскольку на этом компьютере не запущено сетевого приложения, которому был бы предназначен этот пакет.)

Кстати говоря – ну хорошо, допустим такого приложения нет, а если бы оно было? Как хорошо известно пользователям таких программ, как eMule и eDonkey, они требуют, чтобы им была предоставлена возможность беспрепятственно получать UDP пакеты с портом назначения 4661, или 4242, или 4321 – точный номер порта зависит от настроек. И, что также хорошо известно их пользователям, эти программы плохо работают, будучи запущены из локальной сети, находящейся за NAT. Так вот, это может происходить, в том числе и потому, что несмотря на успешное установление локальным клиентом соединения с сервером, из-за специфики данной конкретной реализации NAT другие клиенты, находящиеся во внешнем мире, не могут устанавливать соединение с локальным клиентом.

По этой же причине может не работать DCC chat в клиентах IRC, передача файлов в ICQ и тому подобные вещи, для которых требуется обеспечение беспрепятственного прохождения пакетов непосредственно между пользовательскими компьютерами.

Итак, отвечая на вопрос, «получит ли наш хост 192.168.0.141 пакет, направленный на 11.22.33.44 от постороннего хоста», – может быть, получит, а может быть, и нет; ответ на этот вопрос зависит от реализации NAT на пограничном маршрутизаторе.

Реализаций же насчитывается четыре:

• Symmetric NAT. До недавнего времени это была наиболее распространённая реализация. Его характерная особенность – в таблице NAT маппинг адреса IL на адрес IG жёстко привязан к адресу OG, то есть к адресу назначения, который был указан в исходящем пакете, инициировавшем этот маппинг. При указанной реализации NAT в нашем примере хост 192.168.0.141 получит оттранслированные входящие UDP-пакеты только от хоста 1.2.3.4 и строго с портом источника 53 и портом назначения 1053 – ни от кого более. Пакеты от других хостов, даже если указанные в пакете адрес назначения и порт назначения присутствуют в таблице NAT, будут уничтожаться маршрутизатором. Это наиболее параноидальная реализация NAT, обеспечивающая более высокую безопасность для хостов локальной сети, но в некоторых случаях сильно усложняющая жизнь системных администраторов. Да и пользователей тоже.
• Full Cone NAT. Эта реализация NAT – полная противоположность предыдущей. При Full Cone NAT входящие пакеты от любого внешнего хоста будут оттранслированы и переправлены соответствующему хосту в локальной сети, если в таблице NAT присутствует соответствующая запись. Более того, номер порта источника в этом случае тоже не имеет значения – он может быть и 53, и 54, и вообще каким угодно. Например, если некое приложение, запущенное на компьютере в локальной сети, инициировало получение пакетов UDP от внешнего хоста 1.2.3.4 на локальный порт 4444, то пакеты UDP для этого приложения смогут слать также и 1.2.3.5, и 1.2.3.6, и вообще все до тех пор, пока запись в таблице NAT не будет по какой-либо причине удалена. Ещё раз: в этой реализации NAT во входящих пакетах проверяется только транспортный протокол, адрес назначения и порт назначения, адрес и порт источника значения не имеют.
• Address Restricted Cone NAT (он же Restricted NAT). Эта реализация занимает промежуточное положение между Symmetric и Full Cone реализациями NAT – маршрутизатор будет транслировать входящие пакеты только с определенного адреса источника (в нашем случае 1.2.3.4), но номер порта источника при этом может быть любым.
• Port Restricted Cone NAT (или Port Restricted NAT). То же, что и Address Restricted Cone NAT, но в этом случае маршрутизатор обращает внимание на соответствие номера порта источника и не обращает внимания на адрес источника. В нашем примере маршрутизатор будет транслировать входящие пакеты с любым адресом источника, но порт источника при этом обязан быть 53, в противном случае пакет будет уничтожен маршрутизатором.

Как видим, реализации NAT – это настоящий зоопарк, в котором каждой твари по паре. Положение смягчается тем, что для большинства сетевых приложений подробности реализации NAT большого значения не имеют (в особенности для приложений, использующих транспорт TCP, как известно, это протокол, использующий сессии, поэтому сказанное выше для TCP неактуально. Тем не менее с развитием приложений Peer-to-Peer (eDonkey, eMule, Skype), IPтелефонии и разнообразной сетевой мультимедии (зачастую использующих транспорт на основе UDP) различия в реализациях NAT постепенно начинают играть заметную роль. Поэтому для разработчиков таких приложений пришла пора задуматься над тем, как их детище будет работать, находясь в локальной сети за NATом. Одним из плодов таких раздумий стал протокол STUN (Simple Traversal of UDP through NAT), описанный в RFC 3489.

Некоторым приложениям, особенно предназначенным для IP-телефонии (поскольку там это наиболее актуально), важно знать, находится ли компьютер, на котором они запущены, в локальной сети за NAT или на компьютере с публичным IP адресом, и в случае NAT – определить, какого он типа. Для этого в настоящее время широко используется протокол STUN, который позволяет также определить наличие блокирующего firewall на пограничном маршрутизаторе или самом компьютере.