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源NAT基本原理

源NAT技术对IP报文的源地址进行转换，将私网IP转换成公网IP，大大减少了公网IP的消耗。

当私网用户访问Internet报文到达防火墙时，防火墙将报文的源IP地址由私网地址转换为公网地址，当回程报文返回至防火墙，防火墙再将报文的目的地址由公网IP转换为私网地址。

华为防火墙支持的源NAT转换方式：

每一种NAT转换方式都曾在IP网络中走过秀、亮过相，都有自己的特色，但也有自己的不足。

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1.1.NAT No-PAT

No-PAT表示不进行端口转换，只转换IP地址，所以也称为：一对一地址转换。

下面介绍No-PAT方式过程，假设防火墙和WEB服务器之间路由可达。。

配置NAT地址池和NAT策略

配置地址池
nat address-group GW 1
 mode no-pat global                             local和global参数，global生成的Server-map表项不包含安全域参数，不受域间限制，local包含安全区域参数，受域间限制
 section 0 210.1.1.5 210.1.1.10                 地址池有5个公网IP
 route enable                                   用来开启NAT地址池中地址的OPR路由下发功能

配置NAT
nat-policy
rule name source_nat
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 16
  action source-nat address-group GW                 配置NAT策略规则的动作，表示源NAT地址转换，引用地址池

配置完NAT，还需要配置安全策略和黑洞路由。

安全策略和NAT策略二者各司其职，安全策略控制报文是否能通过防火墙，而NAT策略作用是对报文地址进行转换。因此配置NAT的时候需要配置安全策略允许报文通过。

由于防火墙对报文进行安全策略处理发生在进行NAT策略处理之前，所以如果要针对源地址设置安全策略，源地址应该是进行NAT转换之前的私网地址。

security-policy
 rule name sourcenat
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 16
  action permit

配置黑洞路由，为了避免产生环路，在防火墙上针对地址池中的公网IP地址配置黑洞路由。

有两种方式：
ip route-static方式

ip route-static 210.1.1.5 255.255.255.255 NULL0
ip route-static 210.1.1.6 255.255.255.255 NULL0
ip route-static 210.1.1.7 255.255.255.255 NULL0
ip route-static 210.1.1.8 255.255.255.255 NULL0
ip route-static 210.1.1.9 255.255.255.255 NULL0
ip route-static 210.1.1.10 255.255.255.255 NULL0

route enable 方式

nat address-group GW 1
 route enable        

当NAT地址池地址与出接口地址不在同一网段时，必须配置黑洞路由；当NAT地址池地址与出接口地址在同一网段时，建议配置黑洞路由。
当地址池地址与出接口地址一致时，不会产生路由环路，不需配置黑洞路由。产生的原因后续会介绍。

在配置策略后，可以访问210.1.1.2。

查看会话表，会话表中两个私网地址都分别转换了2个不同的公网IP，而端口没有转换，使用随机端口。

NAT No-PAT方式也会生成Server-map表，而且生成了正向和反向两张表。

这里生成的正向Server-map表，Type：No-Pat，作用是保证特定私网用户访问Internet快速转换地址。在老化时间范围内，直接命中该表，提高转换效率。同理，Type：No-Pat Reverse，反向主动访问私网用户报文，也命中反向Server-map表直接进行地址转换。

命中server-map表后，还需要检查安全策略是否通过。Server-map表在NAT里叫alg功能。在多通道协议里叫ASPF。

总结：如果私网地址过多大于地址池的话，需要等待地址池地址释放后，其他私网地址用户才可以访问WEB服务器，在No-Pat转换方式中，一个公网IP地址不能同时被大于多个私网用户使用。并没有起到节省IP的作用。

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1.2.NAPT

NAPT表示网络地址和端口转换，即同时对IP地址和端口进行转换，也可称为 PAT。

NAPT 是一种应用最广泛的地址转换方式，可以利用少量的公网 IP 地址来满足大量私网用户访问Internet的需求。

NAPT方式和NAT No-PAT在配置上区别仅在于：NAPT方式NAT策略在引用NAT地址池时，不配置关键字no-pat。

和上案例其他配置一样。

配置NAT地址池和NAT策略

配置地址池
nat address-group GW 1
 mode pat                                              
 section 0 210.1.1.5 210.1.1.10                 
 route enable                                 

配置NAT
nat-policy
rule name source_nat
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 16
  action source-nat address-group GW    

配置安全策略
security-policy
 rule name sourcenat
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 16
  action permit 

会话表可以看出，两个私网地址分别转换公网地址，同时端口也转换为新的端口。在地址池选择地址的时候，设备是随机选择。

再次观察，192.168.20.2第一条，转换的IP210.1.1.6，端口为2051。192.168.10.2第六条，转换IP210.1.1.6，端口为2052。
私网用户共用一个公网IP，但是端口不一样。也就不必担心转换冲突的问题。

NAPT方式不会产生server-map表项，与NAT No-Pat不同。

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1.3.出接口地址方式（Easy IP）

出接口地址方式Easy-IP：是利用出接口的公网IP地址作为NAT 转换后的地址，也同时转换地址和端口，一个公网IP地址可以同时被多个私网用户使用。

出接口方式比较特殊，如果防火墙公网接口通过动态获取IP时，想用一个公网IP地址来进行转换，不能在地址池中配置固定地址。因为公网IP是可变的，此时使用出接口方式，即使出接口获取IP发生变化，防火墙也只会按照公网IP地址进行转换。

Easy IP，不需要配置NAT地址池，也无需配置路由黑洞。只需要在NAT策略中指定出接口即可。

为了方便，用210.1.1.2服务器开启DHCP来模拟防火墙G1/0/1端口自动获取地址。

配置防火墙G1/0/1接口为自动获取地址

interface GigabitEthernet1/0/1
ip address dhcp-alloc

服务器上已经看到地址下发了。

交换机上也看到获取的地址。210.1.1.10/24

配置NAT策略

nat-policy
 rule name easynat
  source-zone trust
  source-zone untrust
  egress-interface GigabitEthernet1/0/1             出接口方式
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat easy-ip

security-policy
 rule name sourcenat
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 16
  action permit 

两个私网用户IP地址已经转换为接口的公网IP地址，同时端口也转换为新的端口。

和NAPT一样，Easy-IP方式不会生成Server-map表。

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1.4.Smart NAT

前面我们介绍过NATNO-PAT方式，一对一地址转换，NAT地址池中的公网IP地址被私网用户占用后，其他私网用户就无法再使用该公网IP地址，在这种情况下如何使其他私网用户也能访问Internet呢？

Smart NAT方式也叫做聪明的NAT，它融合了NAT No-PAT和NAPT方式特点。

其实我们可以把Smart NAT 方式理解成是对NPAT功能的增强，它克服了NO-PAT的缺点：只能让有限的私网用户访问Intermet，当私网用户数量大于地址池中公网IP地址数量时后面的私网用户将无法访问Intermet，只能等待公网IP地址被释放。

使用SmartNAT方式后，即使某一时刻私网用户数量激增Smart NAT也留有后手，即预留一个公网IP地址进行NAPT方式的地址转换这样就可以满足大量新增的私网用户的需求。

配置NAT地址池
nat address-group GW 1
 mode no-pat local
 smart-nopat 210.1.1.10
 section 0 210.1.1.5 210.1.1.9
 route enable

配置NAT策略
nat-policy
 rule name smart
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group GW

配置安全策略
security-policy
 rule name smart
  source-zone trust
  destination-zone trust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action permit

就不过多演示，明白意思就行。只有公网IP地址被NAT No-pat转换用尽后，才会进行NATP转换。

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1.5.三元组 NAT

前面介绍了4种源NAT，其中NAPT和Easy-IP应用最广泛，不但解决地址短缺，还隐藏内部IP。但是NAT技术与文件共享、语音通信、视频传输等方面的P2P技术不能很好的共存。当P2P业务遇到NAT的时候，产生的不是完美的NAT-P2P，而是，你可能无法下载最新影视资源，无法视频聊天等。

为了解决共存问题，需要一种新的转换方式，即三元组NAT，先看看P2P业务交互过程。

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PC1和PC2是两台运行P2P业务的客户端，运行时首先和P2P服务器进行交互（登录、认证等操作），P2P服务器会记录客户端的地址和端口，如果PC1位于内部网络，防火墙会对PC1访问服务器的报文进行NAPT方式转换，这样P2P服务器记录的是经过转换后的公网地址和端口。当PC2需要下载文件时，服务器会将拥有该文件的客户端地址和端口发送给PC2（如PC1的IP和端口），然后PC2会向PC1发送请求，从PC1上下载文件。

过程看起来很顺畅，但对于P2P业务来说，存在两个问题。

1、为了保持联系，PC1会定期向P2P服务器发送报文，经过NAPT转换后，端口会动态变化，并不是固定的。这样P2P服务器记录的PC1地址和端口信息也要经常刷新，会影响P2P业务正常运行。

2、更重要的是，根据转发原理，只有P2P服务器返回给PC1的报文命中会话表才能通过防火墙，其他主机如PC2不能通过转换后的地址和端口来主动访问PC1，默认情况，防火墙安全策略不允许这一类访问报文通过。

三元组NAT方式可以完美解决。

1、对外呈现端口一致性

PC1访问P2P服务器后，在一段时间内，PC1再次访问P2P服务器或者访问internet其他主机时，防火墙都会将PC1的端口转换成相同的端口。这样就保证了PC1所呈现的端口一致性，不会动态变化。

2、支持外网主动访问

无论PC1是否访问过PC2，只要PC2获取到PC1经过NAT转换的IP和端口后，就可以主动向该地址和端口发起访问。防火墙及时没有配置相应的安全策略，也允许此类报文通过。

正是由于三元组NAT的这两个特点，使得P2P业务可以正常运行。

对于华为USG6000系列防火墙来说，可以通过配置ASPF来保证P2P业务的正常运行。新式的设备应该支持的越来越多。

三元组NAT方式配置如下：（三元组NAT不能配置黑洞路由，否则会影响业务）

配置NAT地址池
nat address-group GW 1
 mode full-cone local
 section 0 210.1.1.5 210.1.1.6

配置NAT策略
nat-policy
 rule name NAT
  source-zone trust
  source-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group GW

配置安全策略
 rule name NAT
  source-zone trust
  source-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action permit

连续访问2次服务器，HTTP协议。

在一时间内，转换的端口都是固定的。

查看MAP表。由于是闲置了会，抓的，和上面的端口就有差别了。同一时间的通信，端口都是固定的。

从表中可以看出，三元组NAT生成了两条Server-map表项（FullCone Src），和目的（FullCone Des）。作用如下：

源Server-map表项（FullCone Src）：

老化之前，PC1访问Untrust区域内任意主机ANY，NAT转换后的地址和端口都是210.1.1.6：61440，端口不会变化，这样就保证了PC1对外所呈现的端口一致性。

目的（FullCone Des）

表项老化之前，Untrust区域内的任意主机ANY都可以通过210.1.1.6：53248端口来访问PC1的：138端口，这样就保证了Internet上的P2P客户端可以主动访问PC1。

由此可知，三元组NAT方式通过源和目的Server-Map表项解决了P2P业务与NAT地址转换共存的问题。三元组在转换时，仅和源IP地址、源端口和协议类型这个3个元素有关，故称三元组。

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大家又可以说，三元组NAT生成的Server-map表项不就是ASPF功能生成的Server-map表项那样，报文命中表项之后就不受安全策略控制了？其实还暗藏玄机，防火墙针对三元组NAT还支持端点无关过滤功能。

命令：firewall endpoint-independent filter enable

命令中： endpoint-independent 原意是：不关心对端地址和端口转换模式。表示一种NAT转换模式，其实可以看成三元组NAT方式另一种叫法。

endpoint-independent 使用此命令代表三元组NAT方式下控制报文是否进行安全策略检查。

开启后，报文只要命中Server-map就可以通过防火墙，不受安全策略控制。关闭后，就要配置相应的策略允许报文通过。默认情况下，防火墙是开启了端点无关过滤功能。所以说internet上的P2P客户端可以主动访问内部网络的PC1。

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1.6.多出口场景下的源NAT

各种各样的源NAT都见识了吧，看似各种源地址转换问题都能一网打尽了，但实际上吧这些NAT理论应用在现实网络中很快就会出现告急。在多出口网络中，源NAT该何去何从？

首先，我们以防火墙通过两个出口连接Internet为例，探讨源NAT的配置方法，如图：某企业在内部网络的出口处部署了防火墙作为出口网关，通过ISP1和ISP2两条链路连接到Internet，企业内部网络中的PC有访问Internet的需求。

该场景中，防火墙面临主要问题是在转发内部网络访问Internet报文如何进行出口选路，本应该从ISP1发出的却从ISP2发出，可能会导致报文绕路到达目的地。

选路方式有很多种，如果根据报文目的地址进行选路，可以配置两条缺省路由，如果根据源地址进行选路，还可以配置策略路由。这些都不是目前的重点，后续对出口选路会详细的介绍。对于源NAT来说，无非就是报文从ISP1出去或者从ISP2出去，不管走那条路，只要在发出去之前把报文私网地址转换成相应的公网地址，源NAT作用就完成了。

我们会把防火墙ISP1和ISP2两个接口分别加入到不同的区域，然后基于内部网络所在的安全区配置源NAT策略。

下面给出配置：假设ISP1，给的公网地址是：210.1.1.5·····210.1.1.6。ISP2，给的公网地址是：110.1.1.5·····110.1.1.6。

配置区域加入端口
firewall zone name ISP1 
 set priority 20
 add interface GigabitEthernet1/0/1
#
firewall zone name ISP2
 set priority 21
 add interface GigabitEthernet1/0/0

配置地址池
nat address-group ISP1 2
 section 0 210.1.1.5 210.1.1.6
 route enable
nat address-group ISP2 3
 section 0 110.1.1.5 110.1.1.6
 route enable

基于不同域间关系配置两条NAT策略
nat-policy
 rule name ISP1
  source-zone trust
  destination-zone ISP1
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group ISP1
 rule name ISP2
  source-zone trust
  destination-zone ISP2
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group ISP2


配置安全策略
security-policy
 default action permit
 rule name ISP1
  source-zone trust
  destination-zone ISP1
  action permit
 rule name ISP2
  source-zone trust
  destination-zone ISP2
  action permit

配置默认路由
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 210.1.1.2
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 110.1.1.2 

在这种情况下，分别有两个区域，配置默认路由如果是等价的，防火墙还会选择随机的转换。除非指定默认路由的优先级或在rule Nmae ISP的时候精确匹配网段。

我们把防火墙接口规划成1个区域。

firewall zone untrust
 add interface GigabitEthernet1/0/1
 add interface GigabitEthernet1/0/0

nat-policy
 rule name ISP1
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group ISP1
 rule name ISP2
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  source-address 192.168.0.0 mask 255.255.0.0
  action source-nat address-group ISP2
  
security-policy
 default action permit
 rule name NAT
  source-zone trust
  destination-zone untrust
  action permit

ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 210.1.1.2
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 110.1.1.2

经过好几次老化，一直会从ISP1走。

如果我们把防火墙与ISP1和ISP2两个接口加入同一安全区域，无论报文走ISP1还是ISP2，安全域间关系都是Trust到Untrust，基于相同安全域间关系配置NAT策略，就无法区分两条链路。由于ruleISP1匹配顺序高于ISP2，此时内部访问外部都匹配ISP1，不会再向下继续匹配ISP2。

两种配置关系，两种不同的效果。

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总结

NAT No-PAT：一对一，不转换端口，生成Server-map表，需要配置路由黑洞。
NAPT：多对一，多对多。转换端口，不生成server-map表，需要配置路由黑洞。
Easy-IP：多对一，转换端口，不生成server-map表，无需配置路由黑洞。
Smart NAT：一对一，多对一（针对预留地址），预留地址会转换端口，仅NAT No-PAT方式生成Server-map表，需要配置路由黑洞。
三元组NAT：多对一，多对多，转换端口，生成Server-map表，不必配置路由黑洞。

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延伸

三元组NAT还有一个学名：Full Cone（全圆锥）。（Full Cone）全圆锥是4种NAT端口映射方式的一种，

其他3种分为：（Restricted Cone）受限圆锥、（Port Restricted Cone）端口受限圆锥和（Symmetric）对称型。

介绍下Full Cone（全圆锥）和（Symmetric）对称型。由于RFC3489已废弃，故不对（Restricted Cone）受限圆锥、（Port Restricted Cone）端口受限圆锥进行介绍。

Full Cone（全圆锥）：内网主机进行NAT转换后的地址和端口在一段时间内保持不变，不会因为目的地址不同而不同，所以内网主机可以使用转换后相同三元组访问不同的外网主机，外网主机也都可以通过该三元组访问内网主机。就是前面说的P2P业务。

（Symmetric）对称型：内网主机根据不同的目的地址进行NAT转换，NAT转换后的地址和端口一般是不相同的，由于对不同外网主机呈现不同三元组，所以只有特定的外网主机的特定端口才能进入内网，即需要限定目标主机和端口。对称型NAT也称为五元组NAT，NAPT方式即五元组NAT。