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我们都知道IP v4的地址由32位（4个字节）组成，因此地址空间中只有4,294,967,296（2）个地址。不过，一些地址是为特殊用途所保留的，如专用网络（约1800万个地址）和多播地址（约2.7亿个地址），这减少了可在互联网上路由的地址数量。随着地址不断被分配给最终用户，IPv4地址枯竭问题也在随之产生。由 IANA 管理的 IPv4 位址，于 2011 年 1 月 31 日完全用尽。
所以为了缓解IP地址枯竭，节省地址空间的需要，出现了NAT，即网络地址转换技术。
出于安全和节省地址空间的需要，内部网络的终端只分配私有IP地址，但私有IP地址无法与公网中的终端进行通信，所以需要为内网终端分配一个公共网络可以识别的全球IP地址以实现内外网的通信。在通信过程中，边界路由器（连接内网和外网的路由器）实现私有IP地址和全球IP地址的转换，这就是NAT技术。
如图所示，边界路由器R根据内外网的地址转换来实现终端A和终端B的通信。
我们通常将内部网络使用的地址叫做私有地址，将外部网络使用的地址叫全球地址。
- 内部本地地址：内部网络终端使用的本地地址
- 内部全球地址：内部网络终端使用的全球地址
- 外部本地地址：外部网络终端使用的本地地址
- 外部全球地址：外部网络终端使用的全球地址
内部网络使用的私有地址和公共网络使用的全球地址不能重复
10.0.0.0/8，即10.0.0.0~10.255.255.255
172.16.0.0/12，即172.16.0.0~172.31.255.255
192.168.0.0/16 ，即192.168.0.0~192.168.255.255
为什么不同的内部网络可以使用相同的私有地址？
因为内部网络使用的私有地址对外是透明的，是不可见的，两个使用相同私有地址空间的内部网络相互通信，看到的也都是对方经过转换后的全球IP地址。
动态NAT必须是内部网络终端发起会话请求，只能实现单向会话
静态NAT可以实现双向会话
如果同时有多个内部网络终端想要访问Internet中的服务器，而全球IP地址只有一个的情况下，我们就使用PAT（端口地址转换）来实现，让这些内部终端使用同一个IP地址，用不同的端口号来区分。
边界路由器在用全球IP取代私有IP时，必须用内部网络内唯一的源端口号取代IP分组的原始源端口号，在地址转换表中记录，将源IP地址、源端口号、全球地址、目的端口号绑定在一起。
当服务器的回应IP分组到达路由器时，通过目的端口号查找转换表，找到对应项，再用源IP地址、源端口号替换目的IP地址、目的端口号，将IP分组继续转发给内部网络。
说到底就是内部外部的IP地址及端口号的转换
不同的终端可能用相同的源端口号来标识终端内的进程，所以边界路由器必须用内部网络内唯一的源端口号取代IP分组中的原始源端口号，以此实现用源端口号唯一表示内部网络内终端的目的。
网上搜了很多资料，说PAT是NAT的一部分，就是当只有一个全球IP地址，而内部网络中又有多个终端想要与外网通信时，NAT也无法实现一对一分配IP地址，所以使用PAT，用端口号来进行进一步的区分。
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