随着用户越来越多，IP地址耗尽促成了CIDR的开发，网络地址转换属接入广域网（WAN）技术，是一种将私有（保留）地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题，而且还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。

　　NAT路由技术使得一个私有网络可以通过internet注册IP连接到外部世界，位于iNSide网络和outside网络中的NAT路由器在发送数据包之前，负责把内部IP翻译成外部合法地址。内部网络的主机不可能同时于外部网络通信，所以只有一部分内部地址需要翻译。

　　NAT的翻译可以采取静态翻译（static translation）和动态翻译（dynamic translation）两种。静态翻译将内部地址和外部地址一对一对应。当NAT需要确认哪个地址需要翻译，翻译时采用哪个地址pool时，就使用了动态翻译。当影射一个外部IP到内部地址时，可以利用TCP的load distribution技术。使用这个特征时，内部主机基于round-robin机制，将外部进来的新连接定向到不同的主机上去。注意：load distributiong只有在影射外部地址到内部的时候才有效。

　　虽然NAT可以借助于某些代理服务器来实现，但考虑到运算成本和网络性能，很多时候都是在路由器上来实现的。

　　随着接入Internet的计算机数量的不断猛增，IP地址资源也就愈加显得捉襟见肘。事实上，除了中国教育和科研计算机网（CERNET）外，一般用户几乎申请不到整段的C类IP地址。在其他ISP那里，即使是拥有几百台计算机的大型局域网用户，当他们申请IP地址时，所分配的地址也不过只有几个或十几个IP地址。显然，这样少的IP地址根本无法满足网络用户的需求，于是也就产生了NAT技术。

　　NAT使用的几种情况：

　　a，连接到internet，但却没有足够的合法地址分配给内部主机。

　　b，更改到一个需要重新分配地址的ISP。

　　c，有相同的IP地址的两个internat合并。

　　d，想支持负载均衡（主机）。

　　采用NAT后，一个主要的改变就是你失去了端对端IP的traceability，也就是说，从此你不能再经过NAT使用ping和traceroute，其次就是曾经的一些IP对IP的程序不再可以正常运行。但有几个协议需要注意，首先tftp，rlogin,rsh,rcp和ip multicast都被NAT支持，其次就是bootp，snmp和NAT路由器更新全部给拒绝了。NAT的几个相关概念：

　　Inside Local IP address: 指定于内部网络的主机地址，全局，但为私有地址。

　　Inside Global IP address: 代表一个或更多内部IP到外部世界的合法IP。

　　Outside Global IP address: 外部网络主机的合法IP。

　　Outside Local IP address: 外部网络的主机地址，看起来是内部网络的，私有地址。

　　Simple Translation Entry: 影射IP到另一个地址的Entry。

　　Extended Translation Entry:影射IP地址和端口到另一个pair的Entry。

　　a，内部地址翻译（Translation inside local addresses）：

　　这是比较通用的一种方法，将内部IP一对一的翻译成外部地址。

　　在内部主机连接到外部网络时，当个数据包到达NAT路由器时，router检查它的NAT表，因为是NAT是静态配置的，故可以查询出来（simply entry），然后router将数据包的内部局部IP（源地址）更换成内部全局地址，再转发出去。外部主机接受到数据包用接受到的内部全局地址来响应，NAT接受到外部回来的数据包，再根据NAT表把地址翻译成内部局部IP，转发过去。

　　b，内部全局地址复用（overloading inside glogal addresses）

　　使用地址和端口pair将多个内部地址影射到比较少的外部地址。这也是所谓的PAT。和内部地址翻译一样，NAT router同样也负责查表和翻译内部IP地址，的区别就是由于使用了overloading，router将复用同样的内部全局IP地址，并存储足够的信息以区分它和其他地址，这样查询出来的是extended entry。NAT router和外部主机的通讯采用翻译过的内部全局地址，故同一般的通信没有差别，router到内部主机通讯时，同样要查NAT表。

　　c，TCP负载重分配（TCP load distributing）和以上两种操作不同，这是NAT由外到内的翻译，所以那种以为WEB server一定要放置到NAT外部的说法是错误的。

　　工作原理：外部主机向虚拟主机（定义为内部全局地址）通讯，根据查询到的外部地址和端口做出响应。此时，如果同一主机再做第二个连接，NAT router将根据NAT表将建立与另一虚拟主机的连接，并转发数据。

　　d，处理重叠网络。

　　这种方法主要用于两个intranet的互连，同样给我们处理两个重叠网络提供了方法。它的实现要求DNS server的支持（用于区别两个不同的主机）。

　　1，主机A要求向主机C建立连接，先象DNS server做地址查询。

　　2，NAT router截获DNS的响应，如果地址有重叠，将翻译返回的地址。它将创建一个simply entry把重叠的外部全局地址（目的地址）翻译成外部局部地址。

　　3，NAT路由器转发DNS响应到主机A，它已经把主机C的地址（外部全局地址）翻译成外部局部地址。

　　4，当NAT路由器接受到主机C的数据包时，它将建立内部局部、全局，外部全局、局部地址间的转换，主机A将由内部局部地址（源地址）翻译成内部全局地址，主机C将由外部全局地址（目的地址）翻译成外部局部地址。

　　一些高层协议是在IP包的有效数据内发送网络层（第三层）信息的。比如，主动模式的FTP使用单独的端口分别来控制命令传输和数据传输。当请求一个文件传输时，主机在发送请求的同时也通知对方自己想要在哪个端口接受数据。但是，如果主机是在一个简单的NAT防火墙后发送的请求，那么由于端口的映射将会使对方接收到的信息无效。