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解析大规模网络地址转换NAT(LSN)架构

[作者:网络整理 来源:百度 时间:2012-12-23评论 】【去网吧方案论坛讨论

传统的NAT已经使用了15年左右,我们主要通过它为大量专属设备提供少量公共IPv4地址的共享。就家庭用户和小型办公场所而言,其NAT界面外通常只有一个单独的公共IPv4地址。这一公共地址当然是由宽带服务供应商提供。

  由于IPv4地址即将耗尽,宽带服务供应商现在正在想办法解决如何继续为其新客户提供IP地址的问题。问题的答案似乎很明显:如果NAT在服务供应商面对的客户端有效,那么它对于客户端所面对的服务商也应该同样有效。这也是大规模NAT(LSN)的基础。

  LSN添加了新的转换层,因此,就如同IPv4地址用于CPE NAT内部一样,它们也可以被用来向CPE NAT外部指定地址。

  图一展示了一个概念图。服务供应商在其公共IPv4外指定的地址数达到了LSN设备联网接口的数量。在LSN与客户相连的一端,一个专属IPv4地址块外有一地址——172.16.0.0/12——它被指定到与CPE NAT相连的每一个界面。然后,每个客户可以使用另一个IPv4地址块——通常是10.0.0.0/8——来为其网络中的所有设备确立地址。

  图一:

大规模网络地址转换NAT(LSN)架构

  客户端网络中的设备有可能向带有10.1.1.1源地址的互联网终端发送数据包;而后,CPE NAT会通过附带的端口映射将源地址转换成类似172.16.1.1的地址。在LSN中,源地址会被转换成公共IPv4地址——201.15.83.1,且其数据包会被发送到终端。与201.15.83.1响应的数据包会被发送到服务供应商的IPv4地址集,然后再发送到合适的LSN,而后NAT会将该终端地址转换成172.16.1.1,再把数据包转发给对应的CPE NAT,后者会将终端地址转换成10.1.1.1。

  要实现互联网到正确客户网络,再到准确设备的传输,取决于两个条件:

  1. 对话由客户端网络发起,因此CPE NAT和LSN才能获取准确的地址和端口映射;

  2. 外部路由图总是指向容易被识别的终端。因此,来自公共互联网的数据包可以被传送到服务供应商醒目的IPv4地址集;一旦数据包到达服务供应商的网络,便会有一个更为明确的路由将数据包发送到特定的LSN。LSN拥有从外之内的地址/端口映射,该映射指向一个特定的CPE NAT,而CPE NAT又拥有另一个从一个从外之内的地址/端口映射,可以将数据包发送到与之直接相连的终端,或是为数据包提供一条在客户网络边界里的特殊路由

  这一架构是一个NAT444架构:它将IPv4地址转换成另一个IPv4地址,再转换成第三个IPv4地址。这个方法之所以吸引人是因为可以在不更改现有CPE NAT的情况下,对其进行利用。而NAT不在乎其外部IPv4地址是公共的还是私有的,因此,对于CPE NAT而言,一切没什么不同。服务供应商部署该架构的时候,不需要对客户的设备提出特殊要求,也不需要更改其设备,任何传统NAT都可以使用。

  尽管NAT444很简单,但也不是一劳永逸。任何架构,当然也包括LSN在内,可扩展性是我们经常顾虑的问题。对于宽带服务供应商而言,每个客户网络都代表着其CPE NAT背后的若干设备。而每个设备又能生成多个应用数据流。现在,我们还不知道一个单独的LSN究竟能处理多少客户网络,也不知道公共IPv4地址的性能如何。

  NAT444有可能出现地址重叠问题,这种重叠发生在客户网络和服务供应商使用的私有地址之间。例如,如果服务供应商在LSN和CPE NAT之间,使用172.16.0.0/12地址块以外的地址,而客户也使用相同的地址,那么两者之间的唯一性就被破坏,这可能导致数据包误传。要确保客户使用的地址范围与服务供应商所使用的不冲突。

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