Phân tích kỹ thuật chi tiết về NAT (Dịch địa chỉ mạng) trong mạng Proxy

NAT (Network Address Translation) là gì?

Dịch địa chỉ mạng (NAT) là một phương pháp được sử dụng trong mạng cho phép sửa đổi thông tin địa chỉ IP trong tiêu đề gói IP trong khi chúng đang truyền qua thiết bị định tuyến lưu lượng. NAT chủ yếu được sử dụng cho hai mục đích chính:

1. Bảo tồn địa chỉ IP: NAT cho phép nhiều thiết bị trên mạng cục bộ chia sẻ một địa chỉ IP công cộng duy nhất. Điều này đặc biệt hữu ích khi tính khả dụng hạn chế của địa chỉ IPv4.

2. Bảo vệ: Bằng cách ẩn địa chỉ IP nội bộ, NAT có thể cung cấp một lớp bảo mật. Máy chủ bên ngoài không thể truy cập trực tiếp vào các thiết bị nội bộ.

Hoạt động kỹ thuật của NAT

NAT hoạt động ở lớp mạng (Lớp 3) của mô hình OSI. Sau đây là cách thức hoạt động của nó:

• Quá trình dịch thuật: Khi một gói tin từ một địa chỉ IP riêng (ví dụ: 192.168.1.2) được gửi đến internet, thiết bị NAT sẽ dịch địa chỉ IP riêng sang địa chỉ IP công cộng (ví dụ: 203.0.113.5). Thiết bị NAT sẽ lưu một bảng dịch để theo dõi địa chỉ IP nội bộ nào tương ứng với địa chỉ IP bên ngoài nào.

• Dịch ngược:Khi một gói phản hồi quay trở lại thiết bị NAT, nó sẽ sử dụng thông tin từ bảng dịch để thay thế địa chỉ IP công cộng bằng địa chỉ IP riêng thích hợp trước khi chuyển tiếp đến thiết bị nội bộ dự định.

Các loại NAT

1. NAT tĩnh: Ánh xạ một địa chỉ IP riêng tư thành một địa chỉ IP công cộng. Điều này hữu ích cho các dịch vụ lưu trữ cần một IP nhất quán.

2. NAT động: Ánh xạ địa chỉ IP riêng tư thành địa chỉ IP công cộng từ một nhóm địa chỉ công cộng. Nó gán một địa chỉ khả dụng một cách động.

3. PAT (Dịch địa chỉ cổng): Còn được gọi là quá tải NAT, cho phép nhiều thiết bị chia sẻ một địa chỉ IP công cộng duy nhất bằng cách phân biệt các thiết bị thông qua số cổng. Đây là hình thức NAT phổ biến nhất được sử dụng trong mạng gia đình.

Tương tác với Proxy và Mạng

Proxy và NAT

Proxy đóng vai trò là trung gian cho các yêu cầu từ máy khách tìm kiếm tài nguyên từ các máy chủ khác. Khi proxy được sử dụng kết hợp với NAT, các tương tác sau sẽ xảy ra:

• Vai trò máy chủ proxy: Một máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ proxy, sau đó máy chủ proxy chuyển tiếp yêu cầu đó đến máy chủ đích. Máy chủ proxy cũng có thể có khả năng NAT riêng, trừu tượng hóa thêm địa chỉ IP của máy khách.

• Cấu hình NAT: Khi NAT được cấu hình trên mạng, các yêu cầu từ máy khách được gửi đến máy chủ proxy, sau đó thực hiện NAT để giao tiếp với mạng bên ngoài. Proxy xử lý các phản hồi và cũng có thể thực hiện các chức năng bổ sung như lưu trữ đệm, lọc hoặc ghi nhật ký.

Các tham số hoặc định dạng chính

1. Bảng dịch: Duy trì ánh xạ của các địa chỉ IP nội bộ và bên ngoài cũng như các cổng tương ứng của chúng.

2. Giá trị thời gian chờ: Xác định thời gian các mục NAT được lưu giữ trong bảng dịch trước khi chúng hết hạn.

3. Loại giao thức: NAT có thể xử lý nhiều giao thức khác nhau và thường yêu cầu cấu hình cụ thể cho các giao thức như FTP, có thể sử dụng nhiều kết nối.

4. Quá tải:Trong PAT, nhiều bản dịch có thể được thực hiện bằng cách sử dụng cùng một IP công cộng nhưng số cổng khác nhau.

5. Các loại NAT:

6. NAT hình nón đầy đủ
7. NAT hình nón hạn chế
8. Cổng hạn chế Cone NAT
9. NAT đối xứng

Ví dụ cơ bản về NAT với giải thích kỹ thuật

Kịch bản

Hãy tưởng tượng một mạng gia đình có ba thiết bị:

• Thiết bị A: 192.168.1.2
• Thiết bị B: 192.168.1.3
• Thiết bị C: 192.168.1.4

Bộ định tuyến gia đình có địa chỉ IP công cộng là 203.0.113.5.

Các bước hoạt động của NAT

1. Yêu cầu gửi đi: Thiết bị A muốn truy cập máy chủ web tại 198.51.100.10. Thiết bị này tạo một gói tin có IP nguồn là 192.168.1.2 và gửi đến bộ định tuyến.

2. Bản dịch NAT:

3. Bộ định tuyến nhận gói tin và kiểm tra bảng NAT của nó.
4. Nó thấy rằng 192.168.1.2 đang yêu cầu kết nối bên ngoài.
5. Nó thay đổi địa chỉ IP nguồn thành 203.0.113.5 và cũng có thể thay đổi cổng nguồn từ 12345 thành 54321.

6. Sau đó, bộ định tuyến sẽ gửi gói tin đã sửa đổi tới 198.51.100.10.

7. Phản hồi từ máy chủ: Máy chủ web tại 198.51.100.10 phản hồi tới IP công cộng 203.0.113.5 với cổng đích 54321.

8. NAT đảo ngược:

9. Bộ định tuyến nhận được gói phản hồi và kiểm tra bảng NAT của nó.
10. Nó thấy rằng 203.0.113.5:54321 tương ứng với 192.168.1.2:12345.
11. Bộ định tuyến sửa đổi gói tin, thay đổi IP đích từ 203.0.113.5 trở lại 192.168.1.2 và chuyển tiếp đến Thiết bị A.

Bản tóm tắt

NAT là công nghệ quan trọng trong mạng hiện đại, đặc biệt là trong bối cảnh mạng proxy. Bằng cách quản lý hiệu quả việc sử dụng địa chỉ IP và cung cấp một lớp bảo mật, nó cho phép giao tiếp liền mạch giữa các mạng nội bộ và internet bên ngoài đồng thời tương tác hiệu quả với các máy chủ proxy để nâng cao chức năng và hiệu suất.