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NAT是通过将私有 IP 地址转换为公有 IP 地址，从而实现内部网络和外部网络之间通信的技术。NAT在企业和家庭网络中广泛使用，使内网设备可以通过少量的公有 IP 地址来访问互联网。NAT的核心作用在于帮助多个设备共享有限的公有 IP，同时隐藏内网结构，增加网络安全性。
NAT的基本工作原理是修改IP数据包的头部信息，将源地址或目的地址从私有 IP 转换为公有 IP，或反之。根据具体应用，NAT可将多个私有 IP 地址映射到少量或单个公有 IP 地址，实现不同类型的地址转换。
三种类型的 NAT
静态 NAT
静态 NAT 是最基础的 NAT 类型，其特点在于将一个私有 IP 地址与一个固定的公有 IP 地址一一对应。这种映射方式使特定设备的 IP 地址在内网与公网之间保持一致，适用于对外提供服务的服务器或固定终端。
优点：静态 NAT 的映射关系是固定的，设备可以通过公网 IP 直接访问到内网的特定服务器，非常适合需要被外网访问的内部服务器。 缺点：因为每个私有 IP 都需要一个对应的公有 IP 地址，所以静态 NAT 在大规模应用中可能会导致公网 IP 浪费。 应用场景：静态 NAT 常用于网络中那些需要固定访问路径的服务，如邮件服务器、VPN 服务器等。
动态 NAT
动态 NAT 是一种使用地址池（IP Pool）进行转换的 NAT 类型。与静态 NAT 不同，动态 NAT 会将内网 IP 随机分配到地址池中的可用公网 IP，内网的设备在访问外网时可以共享这些公网 IP。
优点：动态 NAT 有效地利用了公网 IP 资源，可以让多个内网 IP 轮流使用公网 IP，有助于节省公网 IP。 缺点：地址池大小会限制内网设备的并发连接数量，一旦地址池耗尽，则可能无法建立新的连接。 应用场景：动态 NAT 适用于需要临时访问公网的较大规模内网设备网络，尤其是在设备数量较多且公网 IP 资源有限的环境中。
端口地址转换（PAT）
端口地址转换（PAT，Port Address Translation）是目前最广泛使用的 NAT 类型，又称为“NAT Overload”。PAT 可以允许成千上万的内网设备通过一个公有 IP 地址访问互联网，是一种充分利用公网 IP 资源的方法。
优点：PAT 通过为每个内网连接分配不同的端口号，使多个设备能够共享同一个公网 IP，因此非常适合大量设备同时访问公网的场景。 缺点：PAT 对 NAT 设备的性能要求较高，并且对于一些使用固定端口的应用程序可能不兼容。 应用场景：PAT 常用于家庭、校园及小型企业网络中，因为它能够最大程度地节约公网 IP 资源。
💡记忆小技巧
| 特性 | 静态 NAT | 动态 NAT | PAT（端口地址转换） |
|---|---|---|---|
| 基本原理 | 单一内部地址映射到单一外部地址 | 一组内部地址映射到一组外部地址 | 多个内部地址通过端口映射到单一外部地址 |
| IP 地址需求 | 需要一个唯一的外部 IP 地址 | 需要一组外部 IP 地址 | 仅需一个外部 IP 地址 |
| 适用场景 | 对特定设备提供固定的外部访问 | 内部设备数量少，外部 IP 有限 | 大量设备同时访问互联网，外部 IP 有限 |
| 安全性 | 安全性较低，外部可直接访问内部设备 | 安全性适中，映射更动态 | 安全性较高，外部无法直接访问内部设备 |
| 连接数限制 | 无特殊限制 | 无特殊限制 | 受限于外部 IP 的端口数量（约 65535 个） |
| 配置复杂度 | 配置简单 | 配置较为简单 | 配置相对复杂 |
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