一个令人匪夷所思的NAT地址转换

作者丨车小胖谈网络

来源丨经授权转自 车小胖谈网络（ID：chexiaopangnetwork）

一个房间里面有两台电脑，今天查百度ip地址，查询结果两台电脑不一样；过两天再百度ip地址，查询结果变成一样的了！这是什么情况呢？

由于全球IPv4地址的紧缺，运营商家的全球IP地址余粮也越来越捉襟见肘了。运营商为了缓解这个尴尬的局面，只有将分配给宽带用户的全球IP地址回收，分配给宽带用户的地址不再是全球IP地址，而是CGT（CarrierGrade Translation）地址，比如100.64.x.x/10。

100.64.x.x/10

这个地址段可不是全球IP地址，而是运营商级的私有IP地址，所以也无法直接进入互联网。如果想进入互联网，必须在运营商与互联网的边界NAT设备上，将这些私有IP地址转换成可全球可路由的IP地址。

通常边界NAT设备上汇聚了来自一个城区、一个城市的所有需要进入互联网的流量，同时在线的session数可能会有上百万条。而一个全球IP地址所能支持的session数取决于有多少可用的端口数。端口数量的最大值为65536，但是通常0-1024端口会系统保留。所以可用的端口数大约在64K左右。

很显然，一个IP地址无法满足海量NAT地址转换的需求。所以运营商会采用多个IP地址（地址池）的方式，当一个IP地址的端口耗尽了，那么就使用其他IP地址、以及端口号来进行映射，这仅仅是一种实现方法。

还有一种方法是，多个IP地址负载均衡的方式。即没有必要耗尽一个IP地址所有端口的情况下，才使用其他的IP地址。

通过这样的计算：

• 当地址池有10个IP地址时，最大可以支撑 64K * 10 = 640 K session。
• 当地址池有100个IP地址时，最大可以支撑 64K * 100 = 6400 K session。

当同一个局域网的两台电脑，访问互联网时，共经历了两次NAT转换操作。

第一次NAT发生在局域网与运营商的边界设备上，通常为家庭无线路由器，需要将用户的私有IP地址，比如10.x.x.x , 192.168.x.x， 转化成运营商CGT地址。

第二次NAT发生在运营商与互联网的边界设备上，通常为高端运营商级路由器，需要将CGT地址转化成全球可路由IP地址。

如果运气好，两台电脑的IP地址最终被运营商映射为同一个全球IP地址。当然运气不好，两台电脑的IP地址有可能映射为同一个地址池的不同的全球IP地址。

在浏览器里输入一个网址敲回车键，是否浏览器进程只使用一个源端口与服务器的目的端口在通信？

并不是。在大多数情况下，浏览器会使用N个端口与同一个服务器的同一个端口在通信。造成的后果就是，运营商的一个全球IP地址可用的64K端口更快地被耗尽，所以需要更大的地址池来服务用户。

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