🚀 大家好，我是小康。

今天给大家分享一个 IP 面试题 ：什么是NAT（网络地址转换）？它有哪些类型？

小技巧：在面试中，可以参考下面的示例回答，这样回答简洁明了。详细介绍部分则是为了帮助大家系统学习，以便应对面试官深入提问。

示例回答

NAT（网络地址转换）是一种技术，用于将私有IP地址转换为公有IP地址，以便多个设备共享一个公共IP地址上网。NAT有三种主要类型：静态NAT、动态NAT和端口地址转换（PAT）。

详细解释

NAT 的三种类型

NAT（网络地址转换）有三种主要类型：静态NAT、动态NAT和端口地址转换（PAT），它们的工作原理相似。当内部设备访问外部网络时，NAT设备将私有IP地址转换为公有IP地址，发送请求到互联网，外部网络的响应返回到公有IP地址后，NAT设备再将其转换回原始的私有IP地址。而当外部网络访问内部设备时，NAT设备接收发到公有IP地址的请求，并根据配置将其转发到内部网络中的特定私有IP地址，实现双向数据流动。

具体分类：

1、静态 NAT

  • 定义：静态 NAT 是将一个特定的私有IP地址永久映射到一个特定的公有IP地址。每次这个私有IP地址发送数据包到互联网时，都会使用相同的公有IP地址。
  • 用途：适用于需要从外部网络直接访问内部网络中特定设备的情况，例如公司服务器需要一个固定的公有IP地址，以便外部用户可以通过这个公有IP地址访问服务器。
  • 双向访问：静态 NAT 支持双向访问。外部用户可以通过固定的公有IP地址访问内部设备，同时内部设备通过相同的公有IP地址访问外部网络。
  • 例子：假设你有一台内部服务器，IP地址是192.168.1.10，通过静态 NAT 将其映射到公有IP地址203.0.113.10。无论何时访问这个公有IP地址，都能找到这台服务器。同时，服务器访问互联网时，显示的也是这个公有IP地址。

2、动态 NAT

  • 定义：动态 NAT 使用一个私有IP地址池和一个公有IP地址池。每当内部设备需要访问互联网时，动态 NAT 会从公有IP地址池中选择一个未使用的公有IP地址进行映射。
  • 用途：适用于内部网络中的多个设备需要访问外部网络，但每次连接时不需要使用固定的公有IP地址。这样可以更有效地利用有限的公有IP地址资源。
  • 双向访问：动态 NAT 主要用于内部设备访问外部网络，不适合外部设备主动访问内部设备。
  • 例子：家里的多台设备使用192.168.1.0/24地址段，每次访问互联网时，动态 NAT 会从ISP提供的公有IP地址池中分配一个未使用的地址，例如今天是203.0.113.11，明天可能是203.0.113.12。

3、 端口地址转换（PAT）

  • 定义：端口地址转换（PAT）也称为“多对一 NAT”或“网络地址端口转换（NAPT）”，是将多个私有IP地址通过一个单一的公有IP地址进行映射，并使用不同的端口号进行区分。每个内部设备的流量都被分配一个唯一的端口号。
  • 用途：PAT 是最常见的 NAT 类型，适用于家庭和小型企业网络，允许多个内部设备同时共享一个公有IP地址访问互联网。这样，可以大大节省公有IP地址的使用。
  • 双向访问：PAT 支持内部设备访问外部网络，但外部网络访问内部设备时需要特定的端口转发规则。
  • 例子：你家里的所有设备通过同一个公有IP地址203.0.113.10上网，但每个设备会分配一个不同的端口号来区分，比如电脑1使用端口10001，电脑2使用端口10002。当返回数据时，路由器会根据端口号将数据发送到正确的设备。

形象比喻

可以将 NAT 比作一个大楼前台接收包裹的过程：

  • 静态 NAT：就像大楼的每个住户都有一个固定的邮箱，所有包裹都会被送到固定的邮箱，并且住户也可以通过这个邮箱寄出包裹。
  • 动态 NAT：就像大楼的住户每次寄包裹时，前台随机分配一个可用的邮箱号码。这个邮箱只用于寄包裹，不能接收外部的包裹。
  • 端口地址转换（PAT）：就像大楼所有住户都用一个公共邮箱，但每个包裹上都有不同的房间号，前台根据房间号把包裹分发给正确的住户。同时，住户也可以通过这个公共邮箱寄出包裹。

总结

真正掌握 NAT 的求职者应该能够：

  1. 定义 NAT：理解 NAT 是一种将私有IP地址转换为公有IP地址的技术，用于解决IPv4地址不足的问题。
  2. 解释 NAT 类型：清楚地理解静态 NAT、动态 NAT 和端口地址转换（PAT）的定义和用途。
  3. 双向访问：说明哪种类型的 NAT 支持双向访问，并举例说明每种 NAT 类型的双向访问特性。

最后:

欢迎大家关注我的微信公众号「跟着小康学编程」！本号致力于分享C/C++/Go/Java 语言学习、计算机基础原理、Linux 编程、数据库、微服务、容器技术 等内容。文章力求通俗易懂，并配有代码示例，方便初学者理解。如果您对这些内容感兴趣，欢迎关注我的公众号「跟着小康学编程」。

后续，我还会陆续分享各个方向的编程面试题，包括C/C++、Java、Go，以及操作系统、计算机网络、数据结构、数据库和微服务等领域，为大家的面试提供帮助。

此外，小康最近创建了一个技术交流群，专门用来讨论技术问题和解答读者的疑问。在阅读文章时，如果有不理解的知识点，欢迎大家加入交流群提问。我会尽力为大家解答。期待与大家共同进步！