Интернет использует IP-адреса для передачи информации между устройствами. IP-адрес версии 4 (IPv4) — это уникальный числовой идентификатор, состоящий из четырёх октетов, разделённых точками (например, 31.14.189.16). Изначально было заложено всего 4 миллиарда IPv4-адресов, что казалось огромным количеством.
Проблема истощения IP-адресов
Однако, с ростом числа подключенных к интернету устройств (компьютеры, смартфоны, гаджеты) и веб-сайтов (более 2 миллиардов), количество IPv4-адресов стало недостаточным. Без решения этой проблемы развитие интернета могло бы значительно замедлиться.
Решение: Network Address Translation (NAT)
Решение проблемы истощения IP-адресов нашла технология Network Address Translation (NAT) — преобразование сетевых адресов.
NAT: локальные и глобальные сети
NAT работает на границе между локальными сетями (LAN), такими как домашние или офисные сети, и глобальными сетями (WAN), к которым относится интернет. Устройства в локальной сети имеют локальные IP-адреса, которые не маршрутизируются в глобальной сети. Для доступа к интернету эти локальные адреса необходимо преобразовать в глобальные.
Как работает NAT
Маршрутизаторы (роутеры), поддерживающие NAT, выполняют это преобразование. Когда устройство в локальной сети отправляет информацию во внешнюю сеть, маршрутизатор меняет локальный IP-адрес отправителя на глобальный IP-адрес из своего пула адресов. Маршрутизатор запоминает соответствие между локальным и глобальным адресами, чтобы перенаправить ответ от сервера обратно на правильное устройство в локальной сети. Процесс происходит в обратном порядке при получении ответа: глобальный адрес заменяется на локальный.
Типы NAT
Существует три основных типа NAT:
- Статический NAT: Один локальный адрес сопоставляется с одним глобальным адресом. Подходит для веб-серверов и устройств, которым требуется постоянный, общедоступный IP-адрес. Требует достаточного количества глобальных IP-адресов.
- Динамический NAT: Использует пул глобальных адресов и назначает их по принципу «кто первый, того и тапки». Каждый новый сеанс получает новый глобальный адрес. Также требует достаточного количества глобальных адресов для одновременных подключений.
- Port Address Translation (PAT): Несколько локальных адресов переводятся на один или несколько глобальных адресов. Это наиболее распространённый тип NAT, используемый в домашних роутерах. Каждый локальный адрес отслеживается с помощью номера виртуального порта. PAT позволяет множеству устройств в локальной сети одновременно выходить в интернет, используя один глобальный IP-адрес.
Недостатки NAT
Несмотря на эффективное решение проблемы нехватки IP-адресов, у NAT есть недостатки:
- Задержка производительности: Преобразование адресов занимает время, что может приводить к задержкам, особенно в приложениях, требующих низкой задержки (например, VoIP).
- Несовместимость с некоторыми приложениями: Некоторые приложения требуют сквозной адресации, которая невозможна при использовании NAT.
- Трудности с трассировкой: Изменения адресов затрудняют отслеживание сетевого трафика.
NAT — критически важная технология, позволившая интернету развиваться, несмотря на ограниченное количество IPv4-адресов. Хотя NAT имеет недостатки, его преимущества в плане экономии IP-адресов значительно перевешивают их.