基于NAT技术的企业网络设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

随着internet的数量不断增加，ip地址资源也越来越匮乏。在这种ip地址资源匮乏的情况下，很难满足网络用户的需求，因此，nat（network address translation、网络地址转换）技术应运而生。

它可以对现有地址进行更有效的地址复用，将一个或者多个私有地址转换为可用的的公网地址。提供了缓解ip地址空间枯竭的有效方法。此外，它还具有安全作用，在访问公共网络时，有效的隐藏了内部私有ip地址，避免了来自网络外部的攻击，在一定程度上提高了网络的安全性。

nat技术实现的方式分为三种：静态转换 static nat、动态转换 dynamic nat 和端口多路复用 overload。

2. 课题关键问题和重难点

在这个课题中关键的地方还在于，我对负载均衡相关技术、作用、功能，以及基于 nat 的 tcp 负载均衡配置的案例配置可能都不是太过熟悉，之前虽然练过一些小实验，不过时间比较久远，而且之后也没有继续巩固。所以对于基础知识这块，我还需要花时间去熟悉一下。

课题中的难点是需要建立一个大型企业内网网络架构，这对我来说是有很大的困难。因为我之前从未了解过企业的网络架构，不论是大型，中小型的都未了解过。仅仅在实验中接触过一个小型的，因此，在进行搭建这个网络架构的时候，我需要查阅大量关于企业网络架构的资料，还要询问老师关于企业网络架构是如何有哪些比较关键的地方，如何搭建以及搭建的是否正确等等一系列的问题。

所以我觉得在这个课题中关键问题是基础知识不牢固，最难的问题是网络架构的搭建。

3. 国内外研究现状（文献综述）

NAT的定义：NAT（Network Address Translation，网络地址转换）提出于1994年。简单说来，它就是将私有IP地址，转换为公网IP地址，从而进行网络通信的一种技术。

在内网中，各主机可以通过私有IP地址进行通信，而当内部主机想要和Internet通信时，因为私有IP地址是无法出现在公网中的，因此，我们就需要通过NAT技术，将私有地址替换为合法的、已注册的公有地址，从而实现在公网上的正常通信。通过使用NAT技术，我们可以只需使用单一或者少量的公有IP地址，就能将内网中的主机接入Internet中，实现内网与外网的通信，从而有效的实现地址复用，节约了宝贵的IP地址。与此同时，因为NAT匹配地址对的不确定性，它还可以隐藏内部局域网中的主机，这也在一定程度上提高了网络的安全性。

NAT的术语：

（1）内部本地地址（Inside local address）：转换之前的内部源地址，常代指私有IP地址。

（2）外部本地地址（Outside local address）：转换之前的目标主机，不必为公开地址。

（3）内部全局地址（Inside global address）：转换之后的内部主机，常由运营商分配。

（4）外部全局地址（Outside global address）：转换之后的外部目标主机，是公开地址。

NAT的基本原则：

（1）从私网 ----> 公网（即数据包从inside接口进入时）：先路由，后转换。

源地址为私有IP地址的数据包在访问互联网时，先路由，确认从公网接口发出时，再进行源地址的替换（源私有地址 ----> 出口路由器的公网地址）。

（2）从公网 ----> 私网（即数据包从outside接口进入时）：先转换，后路由。

目的公网的回包，目的地址为路由器出口上的公网IP地址，数据包到达路由器的公网出口后，会先根据地址转换表，将目的地址替换为相应的私有IP地址，而后再进行路由。

NAT的类型：

（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，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内部网络中某些特定设备（如服务器）的访问。

（2）动态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址是不确定的，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，只要指定哪些内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地址略少于网络内部的计算机数量时。可以采用动态转换的方式。

（3）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。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

[1]（美）多伊尔，（美）卡罗尔．TCP/IP路由技术（第1卷）（第2版）[M]．2007．

[2]（美）多伊尔，（美）卡罗尔．TCP/IP路由技术（第2卷）（第2版）[M]．2017．

[3]王隆杰．思科网络实验室 CCNP（交换技术）实验指南[M]．电子工业出版社，2018．

[4]谢希仁．计算机网络（第7版）．电子工业出版社[M]．2017．

[5]程代伟，徐宏，池亚萍．CCNA学习指南（中文第六版）[M]．电子工业出版社.2008．

[6]罗军舟．网络地址转换技术的实现与发展[J]．东南大学学报（自然科学版）．2002，（03）：18-24．

[7]张国祥．网络地址转换与网络地址端口转换的应用研究[J]．湖北师范学院学报（自然科学版）．2005，1：4-7．

[8]刘向东，李志洁，王德高，焉德军．网络地址转换原理实验的设计与实现[J]．实验科学与技术．2012，4：110-113．

4. 研究方案

首先，我将根据践经验以及查阅资料，先将大型企业内网网络框架模拟出来。其次，针对该网络需要进行内网整体部署，实现内网服务器与外网地址的转化以及内外网之间的通信。最后，对该网络进行模拟仿真，检查否有误，书写报告。

5. 工作计划

1-2周：理解毕业设计任务书，对任务书进行仔细阅读，进行深刻理解，思考选题的课题背景以及工作内容，再结合任务书的要求对课题进行深入解剖。

3-4周:优先完成外文翻译，因为外文翻译相对较简单。然后思考如何开题，并且根据任务书，查阅资料等内容将开题报告书写完成。

5-6周:需要对网络进行需求分析以及网络功能模块设计；并且根据资料要对网络架构有一个大致的轮廓。方便后期完成工作。