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NAT是解决当前IP地址不足的主要手段，是路由器的一个重要功能。核心思路就是在传递报文的时候，每到达下一跳设备，就更换一次IP地址。NAT一般集成在防火墙、路由器等硬件设备上。
一、什么是NAT技术
局域网中的主机访问公网IP时，路上的路由器会将源IP地址 替换为 WAN口IP，这样的话，不同局域网的主机可以有相同的网络号和主机号。（其实也有可能替换端口号，我们暂时不考虑端口号的变化）
主机A发送的报文，源IP地址填的肯定是 192.168.0.3，传递给路由器A以后，源IP地址会被替换为WAN口IP（10.1.1.4）；主机B发送的报文，源IP地址肯定也是 192.168.0.3，传递给路由器B以后，源IP地址同样会被替换为 WAN口IP（10.1.1.5）
此时，站在局域网之外的角度，路由器A传递报文的源IP地址是10.1.1.4 ，路由器B传递报文的源IP地址是10.1.1.5，因此不同局域网的主机可以有完全一样的IP地址，大大提升了IP地址的利用率。
?二、NAT技术的作用过程
以下面这个图为例
第一步，主机A封装自己的报文，源IP是192.168.1.113，目标IP是39.156.66.10，随后转发给路由器X。
第二步，路由器X收到报文，源IP替换为?WAN口IP（10.1.1.2），目标IP是39.156.66.10。现在相当于IP地址为 10.1.1.2的局域网要发送一个报文，随后转发给路由器Y。
第三步，路由器Y也是做同样的操作，源IP替换为?WAN口IP（39.156.66.25），目标IP是39.156.66.10，此时报文终于来到了服务器所处的网段。
第四步，路由器Y将报文传递给百度服务器，百度服务器收到请求，然后构建响应。
==》这个过程中变化的只有源IP，目标IP是不变的！
三、报文如何返回？？（NAPT的作用机制）
1、实现方式
这其实还是基于上述的NAT技术，路由器在替换IP地址的时候，并不是简单的替换，会建立起源IP和替换以后的IP的映射关系。以上述第一步为例。
路由器X收到报文以后，源IP地址是 192.168.1.113，随后会替换成路由器X 的WAN口IP（10.1.1.2）,此时路由器X会建立起?192.168.1.113 与?10.1.1.2的映射关系。
假设路由器X的 映射关系（转换表）大致如下，左半部分的IP肯定都属于同一个局域网，同一个局域网里的IP是具有唯一性的，这样就保证了从右边到左边的转换不会出现歧义。在TCP的情况下, 建立连接时, 就会生成这个表项; 在断开连接后, 就 会删除这个表项
| 替换之前 | 替换之后 |
| 源IP：192.168.1.113:1025 目的IP：39.156.66.10:80 | 源IP：10.1.1.2: 1025 目的IP：39.156.66.10: 80 |
?2、结合案例分析
仍然以下面这个图为例，报文到达百度服务器的时候，源IP地址变成了?39.156.66.25，目的IP是39.156.66.10。假设现在百度服务器要返回一个响应给我们的主机。
早在路由器Y替换IP的时候，路由器Y就保存了 从局域网到广域网的映射关系，假设映射关系如下：
| 替换之前 | 替换之后 |
| 源IP：10.1.1.2 目的IP：39.156.66.10 | 源IP：39.156.66.25 目的IP：39.156.66.10 |
| ... ... | ... ... |
百度服务器将响应报文发送给路由器Y，路由器Y收到的报文：源IP地址是39.156.66.10，目的IP是39.156.66.25。响应报文和前面请求报文对应，现在的源IP —— 请求报文的目的IP、现在的目的IP —— 请求报文的源IP
查询映射表的右半部分，发现报文的源IP与映射表的目的IP是一致的，报文的目的IP与映射表的源IP是一致的，说明来的时候走的就是这条路，此时就会将目的IP替换为 10.1.1.2。
后面查询路由器X的转换表也是这种方式。
三、虚拟机NAT模式
我们有的时候会在自己的电脑上安装虚拟机，其中有NAT模式和桥接模式。NAT模式就是把主系统当作一个大路由器，每次虚拟机发送请求都要经过主系统，同时主系统需要帮你维护转换表。
四、公网无法主动访问局域网的原因
现在就可以理解 一些公网IP为什么无法访问我们的主机？我们的局域网IP并不是全球唯一的，如果我们没有访问过那些IP，也就没有转换表，他们在传递报文的时候，无法根据转换表替换报文的目的IP。