IO端口复用
简介
I/O多路复用（multiplexing）：本质是通过一种机制（系统内核缓冲I/O数据），让单个进程可以监视多个文件描述符，一旦某个描述符就绪（一般是读就绪或写就绪），能够通知程序进行相应的读写操作。
适用场景：高并发的服务器端。应对并发，常见的思维是创建多线程，每个线程管理一个并发操作，但是弊端很明显，就是多线程需要上下文切换，这个切换的消耗太大，当连接的客户端很多的时候弊端就很突出了。所示使用单线程的多路复用。
几种方式
1.s elect
Linux提供的select相关函数接口如下：
#include
#include
int select(int max_fd, fd_set *readset, fd_set *wri teset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout) FD_ZERO(int fd, fd_set* fds) /* 清空集合 */
FD_SET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符加入集合 */
FD_ISSET(int fd, fd_set* fds) /* 将给定的描述符从文
件中删除 */
FD_CLR(int fd, fd_set* fds) /* 判断指定描述符是否
在集合中 */
接口解释：
1：select函数的返回值就绪描述符的数目，超时时返回0，出错返回-1。
2：第一个参数max_fd指待测试的fd个数，它的值是待测试的最大文件描述符
加1，文件描述符从0开始到max_fd-1都将被测试。
3：中间三个参数readset、writeset和exceptset指定要让内核测试读、写和异
常条件的fd集合，如果不需要测试的可以设置为NULL。
代码演示：
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(2000);
addr.sin_addr.s_addr=IN ADDR_ANY;
bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)); listen(sockfd,5);
fd_set rset;
int max = 0;
int fds[5];
for(int i=0;i<5;i++)
{
memset(&client,O,sizeof(client);
addrlen=sizeof(client);
fds[i]=accept(sockfd,(struct sockaddr*)
&client,&addrlen);
if(fds[i]>max)
max=fds[i];
}
while(1)
{
FD_ZERO(&rset);
for(int i=0;i<5;i++)
{
FD_SET(fds[i],&rset);
}
puts("round again");
select(max+1,&rset,NULL,NULL,NULL);
for(int i=0;i<5;i++)
{
if(FD_ISSET(fds[i],&rset))
{
memset(buffer,0,MAXBUF);
read(fds[i],buffer,MAXBUF);
puts(buffer);
}
}
}
这是一段使用select的端口复用的简单代码。代码定义一个监听5个客户端的select模型。
从代码中可以看出几个问题：
1：
FD_ZERO(&rset);
for(int i=0;i<5;i++)
{
FD_SET(fds[i],&rset);
}
每次while循环都要需要重复调用FD_ZERO进行清除，并在FD_SET加入句柄。2：for(int i=0;i<5;i++)
{
if(FD_ISSET(fds[i],&rset))
{
memset(buffer,0,MAXBUF);
read(fds[i],buffer,MAXBUF);
puts(buffer);
}
}
每次读取数据都需要遍历所有句柄，所以就有O(n)的消耗。
3：select模型设计时有最大的上线值1024,可在源码中查看到。想要更高的并发的话就需要采用多线程了。
4：执行select函数时，存在着用户态和内核态的切换，需要把句柄从内核态切换到用户态。数量少的时候感知不强烈，高并发的时候能有明显的感觉。
以上4点也就是select模型的缺点，总结如下：
1：有上限要求（1024），更多的话就需要多线程了；
2：FDSET不能重用，每次都需要FDZERO；
3：获取句柄需要从用户态拷贝成内核态，开销大；
4：获取消息的形式是遍历。需要循环获取。时间复杂度O(n)。
相交于传统的套接字select也存在其优点：
1：效率高。
2：跨平台性好，几乎支持所有平台。
2.poll
poll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。
#include
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int time
out);
typedef struct pollfd {
int fd; /* 需要被检测或选择的文件描述符 */
short events; /* 对文件描述符fd 上感兴趣的事件 */
short revents; /* 文件描述符fd 上当前实际发生的事件 */
} pollfd_t;
接口解释：
1：poll()函数返回fds集合中就绪的读、写，或出错的描述符数量，返回0表示超时，返回-1表示出错；
2：fds是一个struct pollfd类型的数组，用于存放需要检测其状态的socket描述符，并且调用poll函数之后fds数组不会被清空；
3：nfds记录数组fds中描述符的总数量；
4：timeout是调用poll函数阻塞的超时时间，单位毫秒；
5：一个pollfd结构体表示一个被监视的文件描述符，通过传递fds[]指示 poll() 监视多个文件描述符。其中，结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域，结构体的revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域。events域中请求的任何事件都可能在revent s域中返回。
合法的事件如下：
POLLIN 有数据可读
POLLRDNORM 有普通数据可读
POLLRDBAND 有优先数据可读
POLLPRI 有紧迫数据可读
POLLOUT 写数据不会导致阻塞
POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞
POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞
POLLMSGSIGPOLL 消息可用
当需要监听多个事件时，使用POLLIN | POLLRDNORM设置 events 域；当poll 调用之后检测某事件是否发生时，fds[i].revents & POLLIN进行判断。
代码演示：
pollfd pollds[5];
for(int i=0;i<5;i++)
{
memset(&client,0,sizeof(client));
addrlen=sizeof(client);
pollfds[i].fd=accept(sockfd,(struct
sockaddr*)&client,&addrlen);
pollfds[i].events=POLLIN;
}
sleep(1);
while(1)
{
puts("round again");
poll(pollfds,5,50000);
for(int i=0;i<5;i++)
{
if(pollfds[i].revents&POLLIND)
{
pollfds[i].revents=0;
memset(buffer,0,MAX BUF);
read(pollfds[i].fd,buffer,MAXBUF);
puts(buffer);
}
}
}
通过代码可看到，poll模型相较于 select的改进在于使用了自定义的结构pollfd 来存储数据，对比select模型可以观察到几个不同的变化点：
1：不再存在上限1024的限定。
2：pollfd直接存储句柄和事件，所以无需再次重复重置句柄
poll的优势主要是解决了select模型的前两项缺点
1：无上线限制
2：无需频繁的遍历重置读取句柄。
3.epoll
epoll在Linux2.6内核正式提出，是基于事件驱动的I/O方式
Linux中提供的epoll相关函数接口如下：
#include
int epoll_create(int size);
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);
epoll_create函数创建一个epoll句柄，参数size表明内核要监听的描述符数量（参数可忽略，无意义）。调用成功时返回一个epoll句柄描述符，失败时返回-1。
epoll_ctl函数注册要监听的事件类型。
四个参数解释如下：
epfd表示epoll句柄；
op表示fd操作类型：EPOLL_CTL_ADD（注册新的fd到epfd中），EPOLL_CTL_MOD（修改已注册的fd的监听事件），EPOLL_CTL_DEL（从epfd 中删除一个fd）
fd是要监听的描述符；
event表示要监听的事件
epoll_event结构体定义如下：struct epoll_event {
__uint32_t events; /* Epoll events */
epoll_data_t data; /* User data variable */ };
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
__uint32_t u32;
__uint64_t u64;
} epoll_data_t;
epoll_wait函数等待事件的就绪，成功时返回就绪的事件数目（有1个就直接返回1，有5个就返回5，自身会进行置位，把有消息的排序到前面），调用失败时返回 -1，等待超时返回 0。
接口解释：
epfd是epoll句柄
events表示从内核得到的就绪事件集合
maxevents告诉内核events的大小
timeout表示等待的超时事件
代码演示：
struct epoll_event events[5];
int epfd=epoll_create(10);
for(int i=0;i<5;i++)
{
static struct epoll_event ev;
memset(&client,0,sizeof(client));
addrlen=sizeof(client);
ev.data.fd=accept(sockfd,(struct
sockaddr*)&client,&addrlen);
ev.events=EPOLLIN;
epoll_ctl(epfd,EPOLL_CTL_ADD,ev.data.fd,&ev); }
while(1)
{
puts("round again");
nfds=epoll_wait(epfd,events,5,10000);
for(int i=0;i { memset(buffer,0,MAX BUF); read(events[i].data.fd,buffer,MAXBUF); puts(buffer); } } epoll_event结构体中 fd和event相对于键值对的关系。 从代码可以看到差异： 1： nfds=epoll_wait(epfd,events,5,10000); for(int i=0;i { memset(buffer,0,MAX BUF); read(events[i].data.fd,buffer,MAXBUF); puts(buffer); } epoll_wait直接获取nfds（变化的句柄数量），不需要在重复遍历所有句柄。epoll采用直接置位的方式。当句柄有变化时，把句柄置位并且重排，将有变化的 句柄前置，返回变化的句柄数量。 2: 但是因为设计原因，epoll通过epoll_ctl拷贝进内核和回调函数直接获取消息。 epoll的优势是解决了select最后的两个问题： 1：采用epoll_ctl拷贝进内核和回调函数直接获取消息。无需用户态和内核态切换开销。 2：epoll_wait 直接置为获取句柄，无需再次重复遍历句柄。 三种方式对比表： 总结： IO端口复用很好的解决了高并发的问题。epoll是Linux目前大规模网络并发程序开发的首选模型。在绝大多数情况下性能远超select和poll。目前流行的高性能web服务器Nginx正式依赖于epoll提供的高效网络套接字轮询服务。但是，在并发连接不高的情况下，多线程+阻塞I/O方式可能性能更好。 . . 实验 网络地址转换NAT 配置实验 学号 _________ 学生 _____ 实验时间____________________ 课程名称：交换机/路由器配置 辅导教师：泰峰 任务一 利用动态NAPT 实现局域网访问互联网 [实验名称] 利用动态NAPT 实现局域网访问互联网。 [实验目的] 掌握网中所有主机连接到Internet 网时，通过端口号区分的复用部全局地址转换。 [背景描述] 你是某公司的网络管理员，公司只向ISP 申请了一个公网IP 地址，希望全公司的主机都能访问外网，请你实现。 [技术原理] NAT(网络地址转换或网络地址翻译)，是指将网络地址从一个地址空间转换为另一个地址空间的行为。 NAT 将网络划分为部网络(inside)和外部网络(outside)两部分。局域网主机利用NAT 访问网络时，是将局域网部的本地地址转换为全局地址(互联网合法IP 地址)后转发数据包。 NAT 分为两种类型：NA T(网络地址转换)和NAPT(网络地址端口转换)。NAT 是实现转换后一个本地IP 地址对应与一个全局地址。NAPT 是实现转换后多个IP 地址对应一个全局地址。目前网络中由于公网IP 地址紧缺，而局域网主机数较多，因此一般使用动态的NAPT 实现局域网多台主机共用一个或少数几个公网IP 访问互联网。 [实现功能] 允许部所有主机在公网地址缺乏的情况下可以访问外部网络。 [实验设备] R1762路由器（两台）、V .35线缆（1条）、PC （两台）直连线或交叉线（2） [实验拓扑] [实验步骤] 步骤1. 基本配置 192.17.4.1/24 F1/0 192.17.3.1/24 192.17.4.2/24 192.17.3.2/24 S1/2 S1/2 R1 Lan-router Internet-router F1/0 192.17.1.1/24 192.17.1.2/24 R2 一、原理回顾 网络地址转换(NAT,Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术,是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络部的计算机。 虽然NAT可以借助于某些代理服务器来实现，但考虑到运算成本和网络性能，很多时候都是在路由器上来实现的。 随着接入Internet的计算机数量的不断猛增，IP地址资源也就愈加显得捉襟见肘。事实上，除了中国教育和科研计算机网(CERNET)外，一般用户几乎申请不到整段的C类IP地址。在其他ISP那里，即使是拥有几百台计算机的大型局域网用户，当他们申请IP地址时，所分配的地址也不过只有几个或十几个IP地址。显然，这样少的IP地址根本无法满足网络用户的需求，于是也就产生了NAT技术。 l.NAT简介 借助于NAT，私有(保留)地址的"部"网络通过路由器发送数据包时，私有地址被转换成合法的IP地址，一个局域网只需使用少量IP地址(甚至是1个)即可实现私有地址网络所有计算机与Internet的通信需求。 NAT将自动修改IP报文的源IP地址和目的IP地址，Ip地址校验则在NAT处理过程中自动完成（对于ICMP，NAT也自动完成地址转换）。有些应用程序将源IP地址嵌入到IP报文的数据部分中，所以还需要同时对报文进行修改，以匹配IP头中已经修改过的源IP地址。否则，在报文数据都分别嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。 2.NAT实现方式 NAT的实现方式有三种，即静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat 和端口多路复用OverLoad。 静态转换是指将部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换，可以实现外部网络对部网络中某些特定设备(如服务器)的访问。 动态转换是指将部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址对是不确定的，而是随机的，所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。也就是说，只要指定哪些部地址可以进行转换，以及用哪些合法地址作为外部地址时，就可以进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。当ISP提供的合法IP地址略少于网络部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。 端口多路复用(Port address Translation,PAT)是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换，即端口地址转换(PAT，Port Address Translation).采用端口多路复用方式。部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对I 浅谈网络地址转换(NAT)的三种方式 由于互联网用户的迅猛发展，IP地址越来越不够用，网络地址转换（NAT）的出现解决了这一问题。本文通过实例着重阐述了NAT的三种网络地址转换方式及地址的转换过程。 标签：NAT 静态转换动态转换端口多路复用 由于互联网用户的迅猛发展，IP地址越来越不够用，怎么办呢？网络地址转换（NAT）的出现解决了这一问题。NAT提供了局域网共享上网的简单方案，内部网络用户连接互联网时，NAT将用户的内部IP地址转换成一个外部公共IP 地址，反之，数据从外部返回时，NAT反向将目标地址替换成初始的内部用户的地址。简言之，NAT的作用就是把内网的私有地址，转化成外网的公有地址，使得内部网络上的（被设置为私有IP地址的）主机可以访问Internet。 那么NAT有哪些方式可以实现网络地址的转换呢？怎么实现？ 在配置网络地址转换的过程之前，首先必须搞清楚内部接口和外部接口，以及在哪个外部接口上启用NAT。通常情况下，连接到用户内部网络的接口是NAT 内部接口，而连接到外部网络(如Internet)的接口是NAT外部接口。NAT的实现方式有三种，即静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat和端口多路复用OverLoad。 ①静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址时，IP地址是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。借助于静态转换，可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备(如服务器)的访问。 实例分析： 假设内部局域网使用的lP地址段为192.168.0.1——192.168.0.254，路由器局域网端(即默认网关)的IP地址为192.168.0.1，子网掩码为255.255.255.0。网络分配的合法IP地址范围为66.158.68.128——66.158.68.135，路由器在广域网中的IP地址为66.158.68.129，子网掩码为255.255.255.248可用于转换的IP地址范围为66.158.68.130——66.158.68.134。要求将内部网址192.168.0.2——192.168.0.6分别转换为合法IP地址66.158.68.130——66.158.68.134。 第一步，设置外部端口。 interface serial 0 ip address 66.158.68.129 255.255.255.248 ip nat outside ＮＡＴ 配置示例 本节提供了以下配置配置例子： １、动态内部源地址转换示例 ２、内部全局地址复用示例 ３、重叠地址转换示例 ４、ｔｃｐ负载均衡示例 ５、ｎａｔ多个ｏｕｔｓｉｄｅ口负载均衡示例 （１）动态内部源地址转换示例 在以下配置中，本地全局地址从ｎａｔ地址池ｎｅｔ２００中分配，该地址池定义了地址范围为 ２００．１６８．１２．２￣２００．１６８．１２．１００。只有内部源地址匹配访问列表１的数据包才会建立ｎａｔ转换记录。 ！ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆａｓｔｅｔｈｅｒｎｅｔ ０／０ ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ １９２．１６８．１２．１ ２５５．２５５．２５５．０ ｉｐ ｎａｔ ｉｎｓｉｄｅ ！ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆａｓｔｅｔｈｅｒｎｅｔ １／０ ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ ２００．１６８．１２．１ ２５５．２５５．２５５．０ ｉｐ ｎａｔ ｏｕｔｓｉｄｅ ！ ｉｐ ｎａｔ ｐｏｏｌ ｎｅｔ２００ ２００．１６８．１２．２ ２００．１６８．１２．１００ ｎｅｔｍａｓｋ ２５５．２５５．２５５．０ ｉｐ ｎａｔ ｉｎｓｉｄｅ ｓｏｕｒｃｅ ｌｉｓｔ １ ｐｏｏｌ ｎｅｔ２００ ！ ａｃｃｅｓｓ－ｌｉｓｔ １ ｐｅｒｍｉｔ １９２．１６８．１２．０ ０．０．０．２５５ （２）内部全局地址复用示例 内部全局地址复用，其实就是ｎａｐｔ。ｒｇｎｏｓ８．１以上版本的软件对于动态ｎａｔ自动实现ｎａｐｔ。在以下配置中，本地全局地址从ｎａｔ地址池ｎｅｔ２００中分配，该地址池只定义２００．１６８．１２．２００一个ｉｐ地址，但允许复用。只有内部源地址匹配访问列表１的数据包才会建立该类型ｎａｔ转换记录。 ！ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆａｓｔｅｔｈｅｒｎｅｔ ０／０ ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ １９２．１６８．１２．１ ２５５．２５５．２５５．０ ｉｐ ｎａｔ ｉｎｓｉｄｅ 编号：_______________ 商丘科技职业学院 毕业论文 题目： NAT技术在网络中的应用与实现 系别计算机科学系 专业 学生姓名 成绩 指导教师 2011年 4月 商丘科技职业学院毕业论文 摘要 随着互联网的普及，IP地址缺乏问题日益恶化，为了缓解问题，在IP地址分配和保留IP地址方面提出了许多办法，甚至提出新一代的IPv6技术从根本上解决地址空间问题。但由于多方面的原因，NA T成为了事实上广泛使用的解决方法，是我们至今在互联网上没有使用完合法IPv4地址的真实原因。它主要思想是把本地的私有IP地址映射到公网的合法IP地址，以缓解可用IP地址空间的消耗。本课程设计主要对NAT技术进行系统分析，并举出一个应用实例，在网络模拟器中将其具体实现，深入了解其工作原理与数据包每次被修改的情况，了解技术存在的缺点。 关键词：IP地址分配保留IP地址 NAT NAT技术在网络中的应用与实现 目录 绪论 (1) 第1章背景简述 (2) 1.1IP地址现状 (2) 1.2现存解决方案 (2) 第二章NAT技术分析 (3) 2.1NAT类型 (3) 2.2NAT术语 (4) 2.3NAT工作原理 (4) 第三章NAT的应用实例 (6) 3.1实例描述 (6) 3.2实例的设计方案 (7) 3.3实例的配置重点 (8) 3.4实例的分析 (10) 结束语 (12) 参考文献 (13) 商丘科技职业学院毕业论文 绪论 随着互联网的普及，接入网络的计算机数量增长非常迅速，目前使用的IPv4地址空间有限，可用的公网合法IP非常短缺。人们为了缓解日益恶化的地址缺乏问题，在IP地址的分配和保留IP地址方面采取了许多办法。现存的解决办法包括ISP方面对公网地址的动态分配与回收、使用DHCP动态分配与回收、可变长子网掩码（VLSM）[1]技术、无类域间路由（CIDR）技术，甚至提出新一代的IPv6[3]技术从根本上解决地址空间问题，但由于多方面的原因，IPv6到目前还没有得到普及，而网络地址转换（NA T）[2]技术的使用，是我们至今在互联网上没有使用完合法IPv4地址的真实原因。它主要思想是把本地的私有IP地址映射到公网的合法IP 地址，以缓解可用IP地址空间的消耗。虽然，它没有像IPv6那种从根本上解决问题，但在IPv6没有得到普及的今天，成为了事实上广泛使用的解决方法。 NAT有3种实现方式，包括有静态NAT动态地址NAT和端口多路复用地址转换三种技术类型。静态NAT是把内部网络中的每个主机地址永久映射成外部网络中的某个合法地址；动态地址NAT是采用把外部网络中的一系列合法地址使用动态分配的方法映射到内部网络；端口多路复用地址转换是把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。根据不同的需要，选择相应的NAT技术类型。 一般我们实际工作中都使用复用NAT，即复用断口NAT，也叫PNAT. 所以掌握最后配置就可以了。 静态NAT 配置步骤： 首先，配置各接口的IP地址。内网使用私有IP.外网使用公网IP.并指定其属于内外接口。 其次，定义静态建立IP 地址之间的静态映射。最后，指定其默认路由。 Router>en (进入特权模式) Router#config (进入全局配置模式) Configuring From terminal, memory, or network [terminal]? Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Router(config)#ho R3 (命名为R3) R3(config)#no ip domain-lo (关闭域名查询，在实验环境中，敲入错误的命令， 它将进行域名查询，故关闭他) R3(config)#line c 0 (进入线路CONSOLE 接口0 下) R3(config-line)#logg syn (启用光标跟随，防止日志信息冲断命令显示的位置) R3(config-line)#exec-t 0 0 (防止超时，0 0 为永不超时) R3(config-line)#exit R3(config)#int e0 (进入以太网接口下) R3(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0(设置IP 地址) R3(config-if)#ip nat inside (设置为内部接口) R3(config-if)#no shut R3(config-if)#exit R3(config)#int ser1 (进入串口下) R3(config-if)#ip add 100.0.0.1 255.255.255.0 R3(config-if)#no shut R3(config-if)#ip nat outside (设置为外部接口) R3(config-if)#exit R3(config)#ip nat inside source static 191.168.1.1 100.0.0.(1 设置静态转换，其中ip nat inside source 为NAT 转换关键字，这里是静态，故为STATIC ) R3(config)#ip classless R3(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 sO这里是出口或者下一跳地址) R3(config)#exit 动态NAT 配置步骤： 首先，配置各需要转换的接口的IP,设置内外网IP等。其次，定义动态地址转换池列表再次，配置ACL 列表，需要转换的内网IP 地址（或者网段）。最后，设置转换后的出口地址段及MASK （多IP 可以多分流，减轻转换后的负担） NAT有3种实现方式，包括有静态NAT、动态地址NAT和端口多路复用地址转换三种技术类型。静态NAT是把内部网络中的每个主机地址永久映射成外部网络中的某个合法地址；动态地址NAT是采用把外部网络中的一系列合法地址使用动态分配的方法映射到内部网络；端口多路复用地址转换是把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。根据不同的需要，选择相应的NAT技术类型。 一般我们实际工作中都使用复用NAT，即复用断口NAT，也叫PNAT. 所以掌握最后配置就可以了。 静态NAT配置步骤： 首先，配置各接口的IP地址。内网使用私有IP.外网使用公网IP.并指定其属于内外接口。 其次，定义静态建立IP地址之间的静态映射。 最后，指定其默认路由。 Router>en（进入特权模式） Router#config （进入全局配置模式） Configuring From terminal, memory, or network [terminal]? Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Router(config)#ho R3（命名为R3） R3(config)#no ip domain-lo（关闭域名查询，在实验环境中，敲入错误的命令，它将进行域名查询，故关闭他） R3(config)#line c 0（进入线路CONSOLE接口0下） R3(config-line)#logg syn（启用光标跟随，防止日志信息冲断命令显示的位置）R3(config-line)#exec-t 0 0（防止超时，0 0为永不超时） R3(config-line)#exit R3(config)#int e0（进入以太网接口下） R3(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0（设置IP地址） R3(config-if)#ip nat inside（设置为内部接口） R3(config-if)#no shut R3(config-if)#exit R3(config)#int ser1 （进入串口下） R3(config-if)#ip add 100.0.0.1 255.255.255.0 R3(config-if)#no shut R3(config-if)#ip nat outside（设置为外部接口） R3(config-if)#exit R3(config)#ip nat inside source static 191.168.1.1 100.0.0.1（设置静态转换，其中ip nat inside source为NAT转换关键字，这里是静态，故为STATIC）R3(config)#ip classless R3(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 s0(这里是出口或者下一跳地址) R3(config)#exit 1.2 隐藏并保护内网主机 使用网络地址转换（NAT ）后，内网主机使用私网地址，而对外网却显示一个或多个公网地址，内网主机不直接暴露在公网上，避免被扫描探测和直接访问，从而增强网络安全性。 Hillstone 网络地址转换基本功能 2.1 SNAT （源地址转换） 2.2 DNAT （目的地址转换） SNAT 是内网终端访问外网服务时使用的功能。如图1所示，内网终端使用私网地址访问公网服务，数据包经过网关时，网关将“私网源地址：端口”修改成“公网源地址：端口”，并做下记录，当服务端返回数据包时，再按照之前的记录将“公网目的地址：端口”修改回“私网目的地址：端口”。Hillstone 安全网关的SNAT 功能支持三种转换模式： ① 静态地址 静态源地址转换即一对一的转换。该模式要求被转换到的公网地址条目包含的IP 地址数与流量的私网源地址的地址条目包含的IP 地址数相同。 ② 动态地址 动态源地址转换即多对多的转换。该模式将私网源地址转换到指定的公网IP 地址。每一个私网源地址会被映射到一个唯一的公网IP 地址做转换，直到指定公网地址全部被占用。 ③ 动态端口 多个私网源地址将被转换成指定公网IP 地址条目中的一个地址。通常情况下，地址条目中的第一个地址将会首先被使用，当第一个地址的端口资源被用尽，第二个地址将会被使用。 DNAT 是外网终端访问内网服务时使用的功能。如图2所示，外网终端使用公网地址访问内网服务，数据包经过网关时，网关将“公网目的地址：端口”修改成“私网目的地址：端口”，并做下记录，当服务端返回数据包时，再按照之前的记录将“私网源地址：端口”修改回“公网源地址：端口”。 图1 Hillstone 安全网关SNAT 工作原理 图2 Hillstone 安全网关DNAT 工作原理 PAT地址池复用 【实验名称】 PAT地址池复用的配置 【实验目的】 （1）、PAT地址池复用的的工作原理 （2）、 PAT地址池复用的配置方法 【背景描述】 现假设某单位创建了PC1、 PC2和若干其他的PC机，这些PC机要求能能够访问Internet。为实现此功能，本单位向当地的ISP申请了一段公网的IP地址210.28.1.11-210.28.1.12/24，通过ＰＡＴ转换，内网中所有PC机能够同时访问互联网。 【技术原理】 ＰＡＴ转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，是一种多对一的转换过程。即内网中的不同的ＩＰ地址通过端口号来实现对应地址池中同一个公有IP地址及端口的转换。本实例中是有一公有地址池210.28.1.11-12/24。当然还有Ｒ１路由器上的连接外网端口地址是公有ＩＰ地址。 【实验功能】 允许内部主机可以访问外部网络。 【实验设备】 （1）、路由器（2台）交换机（1台） （2）、测试和配置用 PC （3台） （3）、直连或交叉双绞线（5 根） 【实验拓扑】 【实验步骤】 步骤一 路由器R1的基本配置。 Router#configure terminal //进入全局配置模式 Router(config)#in f0/1 //进入端口F0/1 Router(config-if)#ip address 210.28.1.2 255.255.255.0 //配置IP地址 Router(config-if)#no shut //启用端口，使其转发数据 Router(config-if)#exit Router(config)#in f0/0 //进入端口F0/0 Router(config-if)#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0 //配置IP地址 Router(config-if)#no shut //启用端口，使其转发数据 Router(config-if)#exit Router(config)#ip route 193.168.1.0 255.255.255.0 210.28.1.1 //设置静态路由 步骤二 路由器R2 的基本配置。 Router#configure terminal //进入全局配置模式 Router(config)#in f0/0 //进入端口F0/0 Router(config-if)#ip address 193.168.1.1 255.255.255.0 //配置IP地址 Router(config-if)#exit Router(config)#in f0/1 //进入端口F0/1 Router(config-if)#ip address 210.28.1.1 255.255.255.0 //配置IP地址 Router(config-if)#no shut //启用端口，使其转发数据 Router(config-if)#exit 步骤三 在路由器 R1上配置动态 NAT。PAT R1（config）# interface fastethernet 0/0 //进入端口F0/0 R1（config-if）#ip nat inside //将 fa0/0 端口定义为内部端口 R1（config-if）#exit R1（config）# interface fastethernet 0/1 //进入端口F0/1 R1（config-if）#ip nat outside//将 fa0/1 端口定义为外部端口 R1（config-if）#exit R1（config）#ip nat pool whp 210.28.1.10 210.28.1.11 netmask 255.255.255.0 //定义地址池及起始、终止 IP地址和子网掩码 R1（config）#aceess-list 1 permit 172.16.1.0 0.0.0.255 //定义可以进行NAT转换的内网（ALC） 端口复用地址转换实例 网络环境： 局域网采10Mb/s光纤，以城域网方式接入Internet。路由器选用拥有2个10/100 Mb/s 自适应端口的Cisco 2611。内部网络使用的IP地址段为192.168.100.1～192.168.101.254，局域网端口Ethernet 0的IP地址为192.168.100.1，子网掩码为255.255.0.0。网络分配的合法IP地址范围为202.99.160.128～202.99.160.131，连接ISP的端口Ethernet 1的IP 地址为202.99.160.129，子网掩码为255.255.255.252，可用于转换的IP地址为 202.99.160.130。 要求：网络内部的所有计算机均可访问Internet。 interface fastethernet0/0 ip address 192.168.100.1 255.255.0.0 //定义本地端口IP地址 duplex auto speed auto ip nat inside //定义为本地端口 ! interface fastethernet0/1 ip address 202.99.160.129 255.255.255.252 duplex auto speed auto ip nat outside ! ip nat pool onlyone 202.99.160.130 202.99.160.130 netmask 255.255.255.252 //定义合法IP地址池，名称为onlyone access-list 1 permit 192.168.100.0 0.0.0.255 //定义本地访问列表 access-list 1 permit 192.168.101.0 0.0.0.255 ip nat inside source list1 pool onlyone overload //采用端口复用动态地址转换 静态地址转换+端口复用地址转换 https://www.doczj.com/doc/2d826406.html,发布日期：2004-12-23 浏览次数: 6333 作者：浩海孤帆出处：https://www.doczj.com/doc/2d826406.html, 网络环境： 局域网采用10Mb/s光纤，以城域网方式接入Internet。路由器选用拥有2个10/100 Mb/s 实验 网络地址转换NAT 配置实验 学号 _________ 学生姓名 _____ 实验时间____________________ 课程名称：交换机/路由器配置 辅导教师：陈泰峰 任务一 利用动态NAPT 实现局域网访问互联网 [实验名称] 利用动态NAPT 实现局域网访问互联网。 [实验目的] 掌握内网中所有主机连接到Internet 网时，通过端口号区分的复用内部全局地址转换。 [背景描述] 你是某公司的网络管理员，公司只向ISP 申请了一个公网IP 地址，希望全公司的主机都能访问外网，请你实现。 [技术原理] NAT(网络地址转换或网络地址翻译)，是指将网络地址从一个地址空间转换为另一个地址空间的行为。 NAT 将网络划分为内部网络(inside)和外部网络(outside)两部分。局域网主机利用NA T 访问网络时，是将局域网内部的本地地址转换为全局地址(互联网合法IP 地址)后转发数据包。 NAT 分为两种类型：NA T(网络地址转换)和NAPT(网络地址端口转换)。NAT 是实现转换后一个本地IP 地址对应与一个全局地址。NAPT 是实现转换后多个IP 地址对应一个全局地址。目前网络中由于公网IP 地址紧缺，而局域网主机数较多，因此一般使用动态的NAPT 实现局域网多台主机共用一个或少数几个公网IP 访问互联网。 [实现功能] 允许内部所有主机在公网地址缺乏的情况下可以访问外部网络。 [实验设备] R1762路由器（两台）、V .35线缆（1条）、PC （两台）直连线或交叉线（2） [实验拓扑] [实验步骤] 步骤1. 基本配置 局域网路由器Router2 基本配置 router#configure terminal Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. 192.17.4.1/24 F1/0 192.17.3.1/24 192.17.4.2/24 192.17.3.2/24 S1/2 R1 Lan-router Internet-router F1/0 192.17.1.1/24 192.17.1.2/24 R2 理解NA T网络地址转换的原理及功能； 掌握NAPT的配置，实现局域网访问互联网； 实验背景 你是某公司的网络管理员，公司办公网需要接入互联网，公司只向ISP申请了一条专线，该专线分配了一个公网IP地址，配置实现全公司的主机都能访问外网。 技术原理 NA T将网络划分为内部网络和外部网络两部分，局域网主机利用NA T访问网络时，是将局域网内部的本地地址转换为全局地址（互联网合法的IP地址）后转发数据包； NA T分为两种类型：NA T（网络地址转换）和NAPT（网络端口地址转换IP地址对应一个全局地址）。 NAPT：使用不同的端口来映射多个内网IP地址到一个指定的外网IP地址，多对一。 NAPT采用端口多路复用方式。内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自internet的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。 实验步骤 新建packet tracer 拓扑图（如图） （1）R1为公司出口路由器，其与ISP路由器之间通过V.35电缆串口连接，DCE端连接在R1上，配置其时钟频率64000； （2）配置PC机、服务器及路由器接口IP地址； （3）在各路由器上配置静态路由协议，让pc间能相互ping通； （4）在R1上配置NAPT。 （5）在R1上定义内外部网络接口。 （6）验证主机之间的互通性。 Router> Router>en Router#conf t Router(config)#host R1 R1(config)#int f0/0 R1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 R1(config-if)#no shut R1(config-if)#exit R1(config)#int s2/0 R1(config-if)#ip address 200.1.1.1 255.255.255.0 R1(config-if)#no shut R1(config-if)#clock rate 64000 R1(config-if)#exit R1(config)#ip route 200.1.2.0 255.255.255.0 200.1.1.2 R1(config)#int f0/0 R1(config-if)#ip nat inside R1(config-if)#exit R1(config)#int s2/0 R1(config-if)#ip nat outside R1(config-if)#exit R1(config)#access-list 1 permit any R1(config)#ip nat pool jw 200.1.1.20 200.1.1.20 netmask 255.255.255.0 R1(config)#ip nat inside source list 1 pool jw overload R1(config)#exit 《网络互联技术》练习题 第八章：网络地址转换 参考答案 一、填空题 1、_网络地址转换_是用于将一个地址域（如企业内部网Intranet）映射到另一个地址域（如国际互联网Internet）的标准方法。 2、网络地址转换共有四种类型，它们是：静态地址转换、动态地址转换、_端口地址转换_和TCP负载均衡。 二、选择题 1、网络地址和端口翻译（NAPT）用（ C ），这样做的好处是（ D ）。（1）A、把内部的大地址空间映射到外部的小地址空间 B、把外部的大地址空间映射到内部的小地址空间 C、把内部的所有地址映射到一个外部地址 D、把外部的所有地址映射到一个内部地址 （2）A、可以快速访问外部主机 B、限制了内部对外部主机的访问 C、增强了访问外部资源的能力 D、隐藏了内部网络的IP配置 2、NAT（网络地址转换）的功能是什么？（ D ） A、将IP协议改为其它网络协议 B、实现ISP（因特网服务提供商）之间的通讯 C、实现拨号用户的接入功能、 D、实现私有IP地址与公共IP地址的相互转换 3、如果企业内部需要连接入Internet的用户一共有400个，但该企业只申请到一 个C类的合法IP地址，则应该使用哪种NAT方式实现（ C ）。 A、静态NAT B、动态NAT C、PAT D、TCP负载均衡 4、Tom的公司申请到5个IP地址，要使公司的20台主机都能联到INTERNET上，他需要防火墙的那个功能？( B ) A、假冒IP地址的侦测 B、网络地址转换技术 C、内容检查技术 D、基于地址的身份认证 三、多项选择题 1、下列关于地址转换的描述，正确的是（ ABD ）。 A、地址转换有效地解决了因特网地址短缺所面临的问题 B、地址转换实现了对用户透明的网络外部地址的分配 其实在很多时候，网络中的服务器既为网络内部的客户提供网络服务，又同时为Internet中的用户提供访问服务。因此，如果采用端口复用地址转换或动态地址转换，将由于无法确定服务器的IP地址，而导致Internet用户无法实现对网络内部服务器的访问。此时，就应当采用静态地址转换+端口复用地址转换的NAT方式。也就是说，对服务器采用静态地址转换，以确保服务器拥有固定的合法IP地址。而对普通的客户计算机则采用端口复用地址转换，使所有用户都享有访问Internet的权力。 网络环境为： 局域网采用10Mb/s光纤，以城域网方式接入Internet。路由器选用拥有2个10/100 Mb/s自适应端口的Cisco 2611。内部网络使用的IP地址段为 10.18.100.1~10.18.104.254,局域网端口Ethernet 0的IP地址为10.18.100.1,子网掩码为255.255.0.0。网络分配的合法IP地址范围为211.82.220.80~211.82.220.87，连接ISP的端口Ethernet 1的IP地址为211.82.220.81,子网掩码为255.255.255.248。要求网络内部的所有计算机均可访问Internet，并且在Internet中提供Web、E-mail、FTP和Media等4种服务。 案例分析： 既然网络内的服务器要求能够被Internet访问到，那么，这部分主机必须拥有合法的IP地址，也就是说，服务器必须采用静态地址转换。其他计算机由于没有任何限制，所以，可采用端口复用地址转换的NAT方式。因此，服务器可采用内网址 10.18.100.1~10.18.100.254，并分别映射为一个合法的IP地址。其他计算机则采用内部网址10.18.101.1~172.16.104.254,并全部转换为一个合法的IP地址。 配置清单： interface fastethernet0/0 ip address 10.18.100.1 255.255.0.0 //定义局域网口IP地址 duplex auto speed auto ip nat inside //定义局域网口 ! interface fastethernet0/1 ip address 211.82.220.81 255.255.255.248 //定义广域网口IP地址 duplex auto speed auto ip nat outside //定义广域网口 ! ip nat pool every 211.82.220.86 211.82.220.86 netmask 255.255.255.248 //定义合法IP地址池 access-list 1 permit 10.18.101.0 0.0.0.255 //定义本地访问列表1 access-list 1 premit 10.18.102.0 0.0.0.255 access-list 1 premit 10.18.103.0 0.0.0.255 access-list 1 premit 10.18.104.0 0.0.0.255 ip nat inside source list1 pool every overload //定义列表达1采用端口复用地址转换 ip nat inside source static 10.18.100.10 211.82.220.82 //定义静态地址转换 ip nat inside source static 10.18.100.11 211.82.220.83 许多FTP网站考虑到服务器性能和Internet连接带宽的占用问题，都限制同一IP 地址的多个进程访问。如果采用端口复地址转换方式，则网络内的所以计算机都采用同一IP地址访问Internet,那么，将因此而被禁止对该网站的访问。所以，当提供的合法IP地址数量稍多时，可同时采用端口复用和动态地址转换方式，从而既可保证所有用户都能够获得访问Internet的权力，同时，又不致、某些计算机因使用同一IP 地址而被限制权限。需要注意的是，由于所有计算机都采用动态地址转换方式，因此Internet中的所有计算机将无法实现对网络内部服务器的访问。 网络环境： 局域网以2Mb/s DDA专线接入Internet，路由器选用安装了广域网模块的Cisco 2611,如图4-2-2所示。内部网络使用的IP地址段为172.16.100.1~172.16.102.254,局域网端口Ethernet 0的IP地址为172.16.100.1,子网掩码为255.255.0.0。网络分配的合法IP地址范围为202.99.160.128~202.99.160.129,子网掩码为 255.255.255.192,可用于转换的IP地址范围为202.99.160.130~202.99.160.190。要求网络部分的部分计算机可以不受任何限制地访问Internet，服务器无需提供Internet访问服务。 案例分析： 既然要求网络中的部分计算机可以不受任何限制地访问Internet,同时，服务器无需提供Internet访问服务，那么，只需采用动态地址转换+端口复用地址转换方式即可实现。部分有特殊需求的计算机采用动态地址转换的NAT方式，其他计算机则采用端口复用地址转换的NAT方式。因此，部分有特殊需求的计算机可采用内部网址 172.16.100.1~172.16.100.254，并动态转换为合法地址 202.99.160.130~202.99.160.189，其他计算机采用内部网址 172.16.101.1~172.16.102.254,全部转换为202.99.160.190。 配置清单： interface fastethernet0/1 ip address 10.100.100.1 255.255.255.0 //定义局域网端口IP地址 duplex auto speed auto ip nat inside //定义为局域端口 ! interface serial 0/0 ip address 202.99.160.129 255.255.255.192 //定义广域网端口IP地址 ! duplex auto speed auto ip nat outside //定义为广域端口 ! ip nat pool public 202.99.160.190 202.130.160.190 netmask 255.255.255.192 //定义合法IP地址池，名称为public ip nat pool super 202.99.160.130 202.130.160.189 netmask 255.255.255.192 //定义合法IP地址池，名称为super access-list1 permit 172.16.100.0 0.0.0.255 //定义本地访问列表1 access-list2 permit 172.16.101.0 0.0.0.255 //定义本地访问列表2 access-list2 permit 172.16.102.0 0.0.0.255 2013年研究生复试《计算机网络》试题 一、选择题【每小题1分，共20分】[请将选择答案写在答题纸上] 1、网络管理中用来设置和协调网络中许多参数、状态，并根据用户的增、减或设备的维修 而调整网络的是(C)。 A.性能管理 B.安全管理 C.配置管理 D.故障管理 备注：网络管理的5个主要功能：配置管理、故障管理、性能管理、安全管理、记账管理。 （1）配置管理用于实现网络设备的配置与管理，主要是网络设备的参数与设备之间连接关系；（2）故障管理用于发现与解决网络中的故障，目的是保证网络连续、可靠地运行并提供服务；（3）性能管理用于测试网络运行中的性能指标，目的是检验网络服务是否达到预定水平，找出已经发生的问题或潜在的瓶颈，通过数据分析与统计来建立性能分析模型，以便预先报告网络性能的变化趋势，并为网络管理决策提供必要的依据；（4）安全管理用于保护网络中的资源的安全以及网管系统自身的安全；（5）记账管理用于监视与记录用户对网络资源的使用，以及计算机网络运行成本与用户应交费用。 2、某主机的IP地址为202.113.224.68，子网屏蔽码为255.255.255.240，那么该主机的主机号为(A)。 A.4 B.6 C.8 D.68 解答：将IP地址与子网屏蔽码转换为二进制形式，然后进行AND操作， 202.113.224.01000100 255.255.255.11110000 进行与运算得： 202.113.224.01000000 即可得出IP地址为202.113.224.68的主机所在的网络为202.113.224.64，所以这台主机号为68-64=4。 3、网络接口卡位于OSI模型的(A)。 A.数据链路层 B.传输层 C.物理层 D.表示层 备注：OSI模型7个层次为：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。 划分层次的主要原则是：网络中的各个结点具有相同层次；不同结点的同等层具有相同功能；同一结点中相邻层之间通过接口来通信；每层可使用下层提供的服务，并向上层提供服务；不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。 OSI模型的各层功能： （1）物理层的主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输并监控数据出错率，以便实现数据流的透明传输； （2）数据链路层的主要功能是：在物理层提供的服务基础上，在通信实体之间建立数据链路连接，传输以“帧”为单位的数据包，并采用差错控制与流量控制方法，将有差错的物理线路变成无差错的数据链路； （3）网络层的主要功能是：为以“分组”为单位的数据包通过网络选择合适的路径，实现路由选择、分组转发与拥塞控制等； （4）传输层的主要功能是：向用户提供可靠的端到端服务，处理数据包错误与次序等问题，向高层屏蔽下层的数据通信细节； （5）会话层的主要功能是：负责维护两个通信计算机之间的传输链接，以便确保点到点传输不中断，以及提供对数据交换的管理；网络地址转换NAT配置实验
NAT网络地址转换实验详解
浅谈网络地址转换(NAT)的三种方式
NAT配置实例
NAT网络地址转换技术的应用与实现
三种NAT实现方式配置实例
三种NAT实现方式配置实例
Hillstone网络地址转换技术解决方案白皮书
PAT地址池复用配置详解
端口复用地址转换实例
网络地址转换NAT配置实验
网络端口地址转换NAPT配置
第八章 网络地址转换练习题参考答案
NAT技术：静态地址转换+端口复用地址转换
NAT技术：动态地址+端口复用地址转换
西北大学计算机网络复试题整理版
相关主题
文本预览