代理服务器和NAT技术

Posted 2020-07-23

   

一. 代理服务器

    所谓“代理”一词，就是代为管理代而劳之的意思，而代理服务器充当的角色就是中转站，使一个网络终端和另一个网络终端并不直接进行相连，代理网络用户去取 得网络信息，是一种特殊的网络服务，主要工作在OSI的会话层中，有利于保障网络终端的隐私和安全，起到防火墙的作用。

    一个完整的代理请求过程为：客 户端首先与代理服务器创建连接，接着根据代理服务器所使用的代理协议，请求对目标服务器创建连接、或者获得目标服务器的指定资源（如：文件）。在后一种情 况中，代理服务器可能对目标服务器的资源下载至本地缓存，如果客户端所要获取的资源在代理服务器的缓存之中，则代理服务器并不会向目标服务器发送请求，而 是直接返回缓存了的资源。一些代理协议允许代理服务器改变客户端的原始请求、目标服务器的原始响应，以满足代理协议的需要。代理服务器的选项和设置在计算 机程序中，通常包括一个“防火墙”，允许用户输入代理地址，它会遮盖他们的网络活动，可以允许绕过互联网过滤实现网络访问。

代理服务器（Proxy Server）是Internet链路级网关所提供的一种重要的安全功能，主要的功能有：

1. 突破自身IP访问限制，访问一些国外的站点；比如Google，Facebook等网站；

2. 提高访问速度：通常代理服务器都设置一个较大的硬盘缓冲区，当有外界的信息通过时，同时也将其保存到缓冲区中，当其他用户再访问相同的信息时， 则直接由缓冲区中取出信息，传给用户，以提高访问速度；

3. 隐藏真实IP：上网者也可以通过这种方法隐藏自己的IP，免受攻击；

4. 连接内网与Internet，充当防火墙（Firewall）：因为所有内部网的用户通过代理服务器访问外界时，只映射为一个IP地址，所以外界不能直接访问到内部网；同时可以设置IP地址过滤，限制内部网对外部的访问权限；

5. 节 省IP开销：代理服务器允许使用大量的伪IP地址，节约网上资源，即用代理服务器可以减少对IP地址的需求，对于使用局域网方式接入Internet ，如果为局域网（LAN）内的每一个用户都申请一个IP地址，其费用可想而知。但使用代理服务器后，只需代理服务器上有一个合法的IP地址，LAN内其他 用户可以使用10.*.*.*这样的私有IP地址，这样可以节约大量的IP，降低网络的维护成本；

6. 设置用户验证和记账功能，可按用户进行记账，没有登记的用户无权通过代理服务器访问Internet网。并对用户的访问时间、访问地点、信息流量进行统计；

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二. NAT技术

    NAT（Network Address Translation）网络地址转换，用于将访问Internet上公网的私有IP地址转换为合法的公有IP地址，以少量的公有IP地址代替大多的私有IP地址访问的方式，能有助于减缓IP地址不足的问题，同时能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

    借助于NAT，私有（保留）地址的"内部"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内所有计算机与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。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的数据部分进行修改，以匹配IP头中已经修改过的源IP地址。否则，在报文数据部分嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。

    私有 IP 地址是指内部网络或主机的IP地址，公有IP地址是指在因特网上全球唯一的IP地址。RFC 1918 为私有网络预留出了三个IP 地址块，如下：

A 类：10.0.0.0～10.255.255.255

B 类：172.16.0.0～172.31.255.255

C 类：192.168.0.0～192.168.255.255

上述三个范围内的地址不会在因特网上被分配，因此可以不必向ISP 或注册中心申请而在公司或企业内部自由使用；

NAT 服务器有内部和外部两个网卡，只有当内外部网络之间需要进行数据传送时，才进行地址转换。在NAT服务器上都维护一张状态表，称为NAT表。该表记录每个 数据包在NAT服务器上被转换的情况。根据采用的地址转换技术不同，可以分为三类：静态转换、动态转换和端口多路复用；

    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。

1. 首先，当内网终端要访问外网服务器时，会先将请求发送给NAT服务器；

2. NAT服务器接收到请求后，根据接收到的数据包检查NAT表；如果已为该地址配置了静态地址转换，NAT服务器就使用对应的公网IP地址转发数据包，否则，NAT服务器不对地址进行转换，直接将数据包丢弃；

3. Internet主机接收到请求之后，会将应答信息返回给端口NAT服务器；

4. 当NAT服务器接收到来自Internet上的主机返回的数据包后，检查静态NAT表。如果NAT表中存在匹配的映射项，则将目标地址转换为相应的内网IP，并将数据包转发给内网主机。如果不存在匹配映射项，则将数据包丢弃；
   

    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。

动态转换的过程和静态转换差不多，只是其转换成对应的合法公有IP地址是不确定的，也就是随机分配的；

    端口多路复用是 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. 当 内网主机需要与Internet建立连接时，首先将请求发送到端口NAT服务器。NAT服务器接收到请求后，根据接收到的数据包，检查端口NAT映射表； 如果还没有为该内网主机建立地址转换映射项，则NAT服务器会创建一个会话，并给该会话分配一个端口。之后将源地址及端口改为企业公网IP地址及相应的端 口，发送数据包到Internet主机上；

2. Internet主机接收到信息后，将应答信息返回给端口NAT服务器；

3. 当端口NAT服务器接收到应答信息后，检查端口NAT映射表。如果端口NAT表存在匹配的映射项，则将目标地址及端口转换为对应的内网IP及端口，将数据包转发给内网主机。如果不存在匹配映射项，就将数据包丢弃；

NAT技术可用下图来表明：

《完》

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