防火墙如何支持网络地址转换？

Posted 2023-05-10

防火墙如何支持网络地址转换？

参考技术A 网络地址转换即NAT 正常的防火墙均支持此类功能
一般在内网访问外网，或者外网访问内网服务资源时 需要使用 具体配置操作看具体需求
如果您有网络方面不了解的可以进一步问我

防火墙的目标地址转换和源地址转换

遇到一起防火墙故障，对防火墙的工作原理和目标地址转换、 源地址转换有了进一步的了解，记录于此。

结果说在前面
网络结构非常简单：外网-防火墙-内网。内网中架有网站，在外网使用域名访问。 内网中机器需要上外网，也需要用域名互访。 在这种情况下，地址转换规则应当这样配：

外网访问内网，只需要做目标地址转换，不需要做源地址转换。

内网通过域名访问内网，除了做目标地址转换，还必须做源地址转换。

上面第一条有一种“例外”情况，就是网关配置错误的情况，比如我们遇到的： 内网6有 2 块网卡，都配置了同一网段的内网地址，并且每块网卡都配置了网关。 由于是同一网段，所以两个网关是一样的。 在这种情况下，外网访问也必须做源地址转换， 否则内网能收到请求，但处理结果无法返回外网，外网看到的结果是没有回应。

防火墙数据包转换发送原理
为什么会这样？这要从防火墙的原理说起。 上面的外网访问内网，正常处理过程应该是这样的：

防火墙收到外网访问请求数据包，格式中包含【防火墙外网IP 外网用户IP】

防火墙进行目标地址转换，数据包变成【内网IP 外网用户IP】

内网服务器收到请求，进行处理，返回结果数据包【外网用户IP 内网IP】， 由于目标地址是外网IP，所有经过路由，此数据包被发向网关(防火墙)

针对返回数据包，防火墙做目标地址转换的反操作， 数据包变成【外网用户IP 防火墙外网IP】

数据包发回请求用户。

刚才说到的“例外”情况，问题就出在步骤 3，内网服务器返回结果数据包中， 内网IP 不是防火墙指向的那个 IP，而是这太内网服务器的另一个 IP 地址， 也就是说内网服务器通过网卡1接受了请求，却从网卡2发送返回数据。 这样的数据包到了防火墙之后，目标地址转换的反操作会失败(内网IP 不一致)， 所以数据依然会通过防火墙发给用户，但却是一个新的 TCP 会话/连接， 无法和原先的用户请求包对应。 结果就是新的数据包到了用户那里，不知道是给谁的， 而用户原先发送的请求，也一直“收不到”回应数据包。 外在表现就是用户看到请求发送成功，却没有回应。

在这种情况下，如果同时做了源地址转换是能够通的，处理过程如下：

防火墙收到外网访问请求数据包，格式中包含【防火墙外网IP 外网用户IP】

防火墙进行目标地址转换，数据包变成【内网IP 外网用户IP】， 进行源地址转换，数据包变成【内网IP 防火墙/网关IP】

内网服务器收到请求，进行处理，返回结果数据包【防火墙/网关IP 内网IP】， 由于目标地址仍然是防火墙/网关IP，所以防火墙能够找到相应的连接， 会接受数据包并进行处理。

针对返回数据包，防火墙 做源地址转换的反操作，数据包变成【外网用户IP 内网IP】， 做目标地址转换的反操作， 数据包变成【外网用户IP 防火墙外网IP】®

数据包发回请求用户。

可以看到，即使®操作失败，由于防火墙已经将内网服务器返回数据包和 防火墙接收的外网用户请求连接成功对应， 结果数据包的目标地址也成功转换成了外网用户IP， 所以数据能够成功发回请求用户，并和用户请求会话/连接相对应。

从另外一个角度看，外网访问做双向地址转换虽然可行，但有一个缺点， 就是数据包到达内网服务器时，外网用户IP 被转换成了防火墙/网关IP， 这样内网中的应用程序就无法获取外网用户的真实IP了， 只能看到请求来自防火墙/网关IP。

内网通过域名访问内网
上面的都理解之后，内网通过域名访问内网为什么必须要做双向转换就清楚了。 问题同样出在接受请求的服务器处理完，发送返回数据包时。

内网1 通过域名访问内网6，在没有做源地址转换时的情形：

由于是通过域名访问，所以请求数据通过防火墙转发给内网6， 用户IP是内网地址(这是关键)

内网6处理完毕发送结果数据包，返回数据包的目标地址就是内网1的地址 由于同在一个子网内，数据包会通过交换机直接发向内网1，不过防火墙

问题产生了，在内网1 上，请求数据直接发向防火墙，返回数据直接来自内网6， 不对应，又是一宗没有回应数据包的情形。

如果同时做了源地址转换，问题就能够解决。因为内网1 的请求数据在通过防火墙时， 用户地址(内网1 IP)会被转换成防火墙/网关IP， 返回数据包也就会发往防火墙/网关IP，再被防火墙转换发回 内网1， 不存在内网1 和内网6 的直接对话， TCP 数据包也能对应上，访问就没有问题了。

不同品牌、类型的防火墙工作机制也许不同，但原理都差不多。 不专业的地方，还请过路仙人不吝赐教。