通信技術(shù)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)分布式NAT部署

彭小英　黃大倫

摘 要：2011年2月，互聯(lián)網(wǎng)名稱與數(shù)字地址分配機(jī)構(gòu)（ICANN）宣布IpV4地址已經(jīng)分配完畢以后，全球就正式進(jìn)入了Ipv6時(shí)代，對(duì)于國(guó)內(nèi)的各大運(yùn)營(yíng)商而言，建立Ipv6網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，而在此期間，必然是處于Ipv4與Ipv6混合的過(guò)渡階段，在這階段當(dāng)中，如何將網(wǎng)絡(luò)從IPv4平滑地升級(jí)到Ipv6并延長(zhǎng)Ipv4的使用時(shí)間是各大運(yùn)營(yíng)商所要面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。而城域網(wǎng)作為運(yùn)營(yíng)商改造網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，采用分布式NAT地址轉(zhuǎn)換技術(shù)可以解決IP地址緊缺問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：NAT Ipv4 Ipv6 分布式 城域網(wǎng) 運(yùn)營(yíng)商

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0042-02

2011年ICANN宣布Ipv4地址已經(jīng)分配完畢，而隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展、有線家庭寬帶業(yè)務(wù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，前期分配給運(yùn)營(yíng)商使用的IPv4公網(wǎng)地址已無(wú)法滿足家庭寬帶PPPOE撥號(hào)上網(wǎng)業(yè)務(wù)。為了保障互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的持續(xù)性，避免因缺少公網(wǎng)IPv4地址而影響家庭寬帶有線業(yè)務(wù)的發(fā)展，通過(guò)分布式部署IPv4地址轉(zhuǎn)換技術(shù)（NAT）為用戶分配私有IPv4地址，可有效解決運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)公網(wǎng)IPv4地址不足的問(wèn)題。

1 關(guān)于NAT

1.1 NAT簡(jiǎn)介

NAT（Network Address Translation），中文意思是“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”，它是一個(gè)IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務(wù)組）標(biāo)準(zhǔn)，允許一個(gè)整體機(jī)構(gòu)以一個(gè)公用IP（Internet Protocol）地址出現(xiàn)在Internet上。就是在局域網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用內(nèi)部地址，而當(dāng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)要與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊時(shí)，就在網(wǎng)關(guān)處（內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)出口），將內(nèi)部地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)地址，從而在外部公網(wǎng)上正常使用，NAT可以使多臺(tái)計(jì)算機(jī)共享INTERNET連接，因此，我們可以認(rèn)為，NAT在一定程度上能夠有效解決公網(wǎng)地址不足問(wèn)題。

1.2 NAT優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)約申請(qǐng)公開(kāi)地址的費(fèi)用，提高IP地址利用率。

（2）屏蔽內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（3）保護(hù)已有的地址分配方案，減少地址維護(hù)工作。

1.3 NAT分類

1.3.1 靜態(tài)NAT

靜態(tài)NAT的IP地址是一對(duì)一的，一成不變的，將通過(guò)手動(dòng)設(shè)置，使Internet客戶進(jìn)行的通信能夠映射到某個(gè)特定的私有網(wǎng)絡(luò)地址和端口。如果想讓連接在Internet上的計(jì)算機(jī)能夠使用某個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器（如網(wǎng)站服務(wù)器）以及應(yīng)用程序（如游戲），那么靜態(tài)映射是必需的。

1.3.2 動(dòng)態(tài)NAT

動(dòng)態(tài)地址NAT的IP地址對(duì)是不確定的，而是隨機(jī)的，所有被授權(quán)訪問(wèn)上Internet的私有IP地址可隨機(jī)轉(zhuǎn)換為任

何指定的合法IP地址，它為每一個(gè)內(nèi)部的IP地址分配一個(gè)臨時(shí)的外部IP地址，主要應(yīng)用于撥號(hào)，對(duì)于頻繁的遠(yuǎn)程聯(lián)接也可以采用動(dòng)態(tài)NAT。當(dāng)遠(yuǎn)程用戶聯(lián)接上之后，動(dòng)態(tài)地址NAT就會(huì)分配給他一個(gè)IP地址，用戶斷開(kāi)時(shí)，這個(gè)IP地址就會(huì)被釋放而留待以后使用。

1.3.3 網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT

網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT（Network Address Port Translation）則是把內(nèi)部地址映射到外部網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)IP地址的不同端口上。它可以將中小型的網(wǎng)絡(luò)隱藏在一個(gè)合法的IP地址后面。NAPT與動(dòng)態(tài)地址NAT不同，它將內(nèi)部連接映射到外部網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)單獨(dú)的IP地址上，同時(shí)在該地址上加上一個(gè)由NAT設(shè)備選定的端口號(hào)。

1.4 NAT示例說(shuō)明

在圖1中，公共IP地址的范圍是從192.1.1.2～192.1.1.254。通過(guò)路由器發(fā)送流量的每個(gè)客戶機(jī)將被映射到池中的一個(gè)IP地址。如果253個(gè)客戶端主動(dòng)通過(guò)路由器發(fā)送流量，那么可用公共IP地址池已經(jīng)飽和。當(dāng)?shù)?54個(gè)客戶端試圖將流量發(fā)送到路由器時(shí)，它將超時(shí)，因?yàn)闆](méi)有可用的公共IP地址用于NAT。雖然這限制了同時(shí)使用此NAT路由器的客戶端的數(shù)量，但它并不限制每個(gè)客戶端可以使用的應(yīng)用程序的類型。

2 現(xiàn)各運(yùn)營(yíng)商主要采取的NAT部署方式

根據(jù)CGN（運(yùn)營(yíng)商級(jí)NAT）設(shè)備的部署位置，可分成集中式部署和分布式部署兩種方式，前者CNG設(shè)備設(shè)置于城域網(wǎng)出口CR層面，后者則將CGN設(shè)備設(shè)置于城域網(wǎng)BRAS/SR層面；無(wú)論采取何種部署方式，都需要對(duì)設(shè)備故障情況下的影響范圍、設(shè)備的冗余備份要求、地址的復(fù)用與規(guī)劃和業(yè)務(wù)的流量均衡等因素進(jìn)行綜合考慮。

（1）集中式NAT部署。CGN設(shè)備作為獨(dú)立設(shè)備，旁掛在省網(wǎng)核心路由器或城域網(wǎng)核心路由器，用戶通過(guò)私網(wǎng)地址訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需要經(jīng)過(guò)CGN設(shè)備進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。

（2）分布式NAT部署。CGN作為板卡，插在SR設(shè)備上，用戶通過(guò)私網(wǎng)地址訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需經(jīng)由SR配置的CGN板卡進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。

3 兩種部署方式選擇概述

對(duì)于集中式還是分布式的選擇，個(gè)人認(rèn)為應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)的規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍進(jìn)行選擇。其中集中式NAT部署方式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋用戶數(shù)量眾多，CGN作為集中式處理將成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，因此，集中式NAT部署只適合全網(wǎng)需要改造的用戶數(shù)量不多的演進(jìn)初期階段，或者網(wǎng)絡(luò)規(guī)模本身就不大的中小型城域網(wǎng)場(chǎng)景。分布式NAT部署的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的用戶數(shù)量不大，城域網(wǎng)范圍需要在多個(gè)SR/BRAS設(shè)備層同時(shí)部署CGN設(shè)備才能滿足全網(wǎng)的用戶覆蓋，因此，分布式適合全網(wǎng)需要改造的用戶數(shù)量眾多的演進(jìn)中期階段，或者網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大的大型或者超大型城域網(wǎng)場(chǎng)景。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著業(yè)務(wù)量及家庭寬帶用戶的激增，各運(yùn)營(yíng)商也逐步將業(yè)務(wù)路由器SR下沉到縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，城域網(wǎng)覆蓋的用戶及范圍都在擴(kuò)大，前期在城域網(wǎng)核心路由器CR上的集中式NAT部署已成為了SR下沉的瓶頸。城域網(wǎng)SR分布式NAT部署既可解決IPv4公網(wǎng)地址資源不足問(wèn)題，又可滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大與下沉。在未來(lái)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)發(fā)展上，由IPv4網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，SR分布式NAT部署是一個(gè)必經(jīng)途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐雄燕.寬帶城域網(wǎng)建設(shè)的基本策略[J].通信世界2001（3）：23-24.

[2] 韋樂(lè)平.城域網(wǎng)的特征與技術(shù)方案選擇[J].電信科學(xué)，2001（4）：3-6，7.

[3] 楊然.寬帶城域網(wǎng)技術(shù)與業(yè)務(wù)的發(fā)展[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2001（5）：9-11.

[4] 中國(guó)電信NAT444獨(dú)立設(shè)備技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 胡勝紅，陳中舉，周明.網(wǎng)絡(luò)工程原理與實(shí)踐教程[M].3版.人民郵電出版社，2013.

[6] 程燁，周雁，謝軍健.運(yùn)營(yíng)商IP城域網(wǎng)向Ipv6演進(jìn)方案及策略探討[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2013（1）：55-59.