1.概述
1.1 什么是NAT
在传统的标准的TCP/IP通信过程中，所有的路由器仅仅是充当一个中间人的角色，也就是通常所说的存储转发，路由器并不会对转发的数据包进行修改， 更为确切的说，除了将源MAC地址换成自己的MAC地址以外，路由器不会对转发的数据包做任何修改。NAT(Network Address Translation网络地址翻译)恰恰是出于某种特殊需要而对数据包的源ip地址、目的ip地址、源端口、目的端口进行改写的操作。
1.2 为什么要进行NAT
我们来看看再什么情况下我们需要做NAT。
假设有一家ISP提供园区Internet接入服务，为了方便管理，该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP，但是部分用户要求建立自己的WWW 服务器对外发布信息，这时候我们就可以通过NAT来提供这种服务了。我们可以再防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址，然后通过NAT技术使发给其中某 一个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务器上，然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。
再比如使用拨号上网的网吧，因为只有一个合法的IP地址，必须采用某种手段让其他机器也可以上网，通常是采用代理服务器的方式，但是代理服务器，尤其 是应用层代理服务器，只能支持有限的协议，如果过了一段时间后又有新的服务出来，则只能等待代理服务器支持该新应用的升级版本。如果采用NAT来解决这个 问题，
因为只在应用层以下进行处理，不但可以获得很高的访问速度，而且可以无缝的支持任何新的服务或应用。
还有一个方面的应用就是重定向，也就是当接收到一个包后，不是转发这个包，而是将其重定向到系统上的某一个应用程序。最常见的应用就是和squid配合使用成为透明代理，在对http流量进行缓存的同时，可以提供对Internet的无缝访问。
1.3 NAT的类型
在linux2.4的NAT-HOWTO中，作者从原理的角度将NAT分成了两种类型，即源NAT(SNAT)和目的NAT(DNAT)，顾名思义，所谓SNAT就是改变转发数据包的源地址，所谓DNAT就是改变转发数据包的目的地址。
2.原理
下图是linux2.4的原理图：
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在“用iptales实现包过虑型防火墙”一文中我们说过，netfilter是Linux 核心中一个通用架构，它提供了一系列的"表"(tables)，每个表由若干"链"(chains)组成，而每条链中可以有一条或数条规则(rule)组 成。并且系统缺省的表是"filter"。但是在使用NAT的时候，我们所使用的表不再是"filter"，而是"nat"表，所以我们必须使用"-t nat"选项来显式地指明这一点。因为系统缺省的表是"filter"，所以在使用filter功能时，我们没有必要显式的指明"-t filter"。
同filter表一样，nat表也有三条缺省的"链"(chains)，这三条链也是规则的容器，它们分别是：
PREROUTING：可以在这里定义进行目的NAT的规则，因为路由器进行路由时只检查数据包的目的ip地址，所以为了使数据包得以正确路由，我们必须在路由之前就进行目的NAT;
POSTROUTING：可以在这里定义进行源NAT的规则，系统在决定了数据包的路由以后在执行该链中的规则。
OUTPUT：定义对本地产生的数据包的目的NAT规则。
3.操作语法
如前所述，在使用iptables的NAT功能时，我们必须在每一条规则中使用"-t nat"显示的指明使用nat表。然后使用以下的选项:
3.1 对规则的操作
加入(append) 一个新规则到一个链 (-A)的最后。
在链内某个位置插入(insert) 一个新规则(-I)，通常是插在最前面。
在链内某个位置替换(replace) 一条规则 (-R)。
在链内某个位置删除(delete) 一条规则 (-D)。
删除(delete) 链内第一条规则 (-D)。
3.2 指定源地址和目的地址
通过--source/--src/-s来指定源地址(这里的/表示或者的意思，下同)，通过--destination/--dst/-s来指定目的地址。可以使用以 下四中方法来指定ip地址：
使用完整的域名，如“www.linuxaid.com.cn”；
使用ip地址，如“192.168.1.1”；
用x.x.x.x/x.x.x.x指定一个网络地址，如“192.168.1.0/255.255.255.0”;
用x.x.x.x/x指定一个网络地址，如“192.168.1.0/24”这里的24表明了子网掩码的有效位数，这是UNIX环境中通常使用的表示方法。缺省的子网掩码数是32，也就是说指定192.168.1.1等效于192.168.1.1/32。
3.3 指定网络接口
可以使用--in-interface/-i或--out-interface/-o来指定网络接口。从NAT的原理可以看出，对于 PREROUTING链，我们只能用-i指定进来的网络接口；而对于POSTROUTING和OUTPUT我们只能用-o指定出去的网络接口。
3.4 指定协议及端口
可以通过--protocol/-p选项来指定协议，如果是udp和tcp协议，还可--source-port/--sport和 --destination-port/--dport来指明端口。
4.准备工作
4.1 编译内核，编译时选中以下选项，具体可参看“用iptales实现包过虑型防火墙”一文：
Full NAT
MASQUERADE target support
REDIRECT target support
4.2 要使用NAT表时，必须首先载入相关模块：
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp
iptable_nat 模块会在运行时自动载入。
5.使用实例
5.1 源NAT(SNAT)
比如，更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的源ip地址为1.2.3.4：
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j SNAT --to 1.2.3.4
这里需要注意的是，系统在路由及过虑等处理直到数据包要被送出时才进行SNAT。
有一种SNAT的特殊情况是ip欺骗，也就是所谓的Masquerading，通常建议在使用拨号上网的时候使用，或者说在合法ip地址不固定的情况下使用。比如
# iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE
可以看出，这时候我们没有必要显式的指定源ip地址等信息。
5.2 目的SNAT(DNAT)
比如，更改所有来自192.168.1.0/24的数据包的目的ip地址为1.2.3.4：
iptables -t nat -A PREROUTING -s 192.168.1.0/24 -i eth1 -j DNAT --to 1.2.3.4
这里需要注意的是，系统是先进行DNAT，然后才进行路由及过虑等操作。
有一种DNAT的特殊情况是重定向，也就是所谓的Redirection，这时候就相当于将符合条件的数据包的目的ip地址改为数据包进入系统时的网 络接口的ip地址。通常是在与squid配置形成透明代理时使用，假设squid的监听端口是3128，我们可以通过以下语句来将来自 192.168.1.0/24，目的端口为80的数据包重定向到squid监听端口：
iptables -t nat -A PREROUTING -i eth1 -p tcp -s 192.168.1.0/24 --dport 80 -j REDIRECT --to-port 3128
6.综合例子
6.1 使用拨号带动局域网上网
小型企业、网吧等多使用拨号网络上网，通常可能使用代理，但是考虑到成本、对协议的支持等因素，建议使用ip欺骗方式带动区域网上网。
成功升级内核后安装iptables，然后执行以下脚本：
#载入相关模块
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp
#进行ip伪装
iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE
6.2 ip映射
假设有一家ISP提供园区Internet接入服务，为了方便管理，该ISP分配给园区用户的IP地址都是伪IP，但是部分用户要求建立自己的WWW 服务器对外发布信息。我们可以再防火墙的外部网卡上绑定多个合法IP地址，然后通过ip映射使发给其中某一个IP地址的包转发至内部某一用户的WWW服务 器上，然后再将该内部WWW服务器响应包伪装成该合法IP发出的包。
我们假设以下情景：
该ISP分配给A单位www服务器的ip为：
伪ip：192.168.1.100
真实ip：202.110.123.100
该ISP分配给B单位www服务器的ip为：
伪ip：192.168.1.200
真实ip：202.110.123.200
linux防火墙的ip地址分别为：
内网接口eth1：192.168.1.1
外网接口eth0：202.110.123.1
然后我们将分配给A、B单位的真实ip绑定到防火墙的外网接口，以root权限执行以下命令：
ifconfig eth0 add 202.110.123.100 netmask 255.255.255.0
ifconfig eth0 add 202.110.123.200 netmask 255.255.255.0
成功升级内核后安装iptables，然后执行以下脚本：
#载入相关模块
modprobe ip_tables
modprobe ip_nat_ftp
首先，对防火墙接收到的目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的所有数据包进行目的NAT(DNAT):
iptables -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.100 -j DNAT --to 192.168.1.100
iptables -A PREROUTING -i eth0 -d 202.110.123.200 -j DNAT --to 192.168.1.200
其次，对防火墙接收到的源ip地址为192.168.1.100和192.168.1.200的数据包进行源NAT(SNAT):
iptables -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.100 -j SNAT --to 202.110.123.100
iptables -A POSTROUTING -o eth0 -s 192.168.1.200 -j SNAT --to 202.110.123.200
这样，所有目的ip为202.110.123.100和202.110.123.200的数据包都将分别被转发给192.168.1.100和 192.168.1.200；而所有来自192.168.1.100和192.168.1.200的数据包都将分别被伪装成由 202.110.123.100和202.110.123.200，从而也就实现了ip映射。
IPtables中可以灵活的做各种网络地址转换（NAT），网络地址转换主要有两种：SNAT和DNAT。
SNAT是source networkaddress translation的缩写，即源地址目标转换。比如，多个PC机使用ADSL路由器共享上网，每个PC机都配置了内网IP，PC机访问外部网络的时候，路由器将数据包的报头中的源地址替换成路由器的ip，当外部网络的服务器比如网站web服务器接到访问请求的时候，他的日志记录下来的是路由器的ip地址，而不是pc机的内网ip，这是因为，这个服务器收到的数据包的报头里边的“源地址”，已经被替换了，所以叫做SNAT，基于源地址的地址转换。
DNAT是destination networkaddress translation的缩写，即目标网络地址转换，典型的应用是，有个web服务器放在内网配置内网ip，前端有个防火墙配置公网ip，互联网上的访问者使用公网ip来访问这个网站，当访问的时候，客户端发出一个数据包，这个数据包的报头里边，目标地址写的是防火墙的公网ip，防火墙会把这个数据包的报头改写一次，将目标地址改写成web服务器的内网ip，然后再把这个数据包发送到内网的web服务器上，这样，数据包就穿透了防火墙，并从公网ip变成了一个对内网地址的访问了，即DNAT，基于目标的网络地址转换。
MASQUERADE，地址伪装，算是snat中的一种特例，可以实现自动化的snat。
在iptables中有着和SNAT相近的效果，但也有一些区别，但使用SNAT的时候，出口ip的地址范围可以是一个，也可以是多个，例如：
如下命令表示把所有10.8.0.0网段的数据包SNAT成192.168.5.3的ip然后发出去，
iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j SNAT --to-source192.168.5.3
如下命令表示把所有10.8.0.0网段的数据包SNAT成192.168.5.3/192.168.5.4/192.168.5.5等几个ip然后发出去
iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j SNAT --to-source192.168.5.3-192.168.5.5
这就是SNAT的使用方法，即可以NAT成一个地址，也可以NAT成多个地址，但是，对于SNAT，不管是几个地址，必须明确的指定要SNAT的ip，假如当前系统用的是ADSL动态拨号方式，那么每次拨号，出口ip192.168.5.3都会改变，而且改变的幅度很大，不一定是192.168.5.3到192.168.5.5范围内的地址，这个时候如果按照现在的方式来配置iptables就会出现问题了，因为每次拨号后，服务器地址都会变化，而iptables规则内的ip是不会随着自动变化的，每次地址变化后都必须手工修改一次iptables，把规则里边的固定ip改成新的ip，这样是非常不好用的。
MASQUERADE就是针对这种场景而设计的，他的作用是，从服务器的网卡上，自动获取当前ip地址来做NAT。
比如下边的命令：
iptables-t nat -A POSTROUTING -s 10.8.0.0/255.255.255.0 -o eth0 -j MASQUERADE
如此配置的话，不用指定SNAT的目标ip了，不管现在eth0的出口获得了怎样的动态ip，MASQUERADE会自动读取eth0现在的ip地址然后做SNAT出去，这样就实现了很好的动态SNAT地址转换。
iptables nat 原理
同filter表一样，nat表也有三条缺省的"链"(chains)：
PREROUTING:目的DNAT规则
把从外来的访问重定向到其他的机子上，比如内部SERVER，或者DMZ。
因为路由时只检查数据包的目的ip地址，所以必须在路由之前就进行目的PREROUTING DNAT;
系统先PREROUTING DNAT翻译——>再过滤（FORWARD）——>最后路由。
路由和过滤（FORWARD)中match 的目的地址，都是针对被PREROUTING DNAT之后的。
POSTROUTING:源SNAT规则
在路由以后在执行该链中的规则。
系统先路由——>再过滤（FORWARD)——>最后才进行POSTROUTING SNAT地址翻译
其match 源地址是翻译前的。
OUTPUT:定义对本地产生的数据包的目的NAT规则
========================内网访问外网 -J SNAT============================
-j SNAT
-j SNAT：源网络地址转换，SNAT就是重写包的源IP地址
SNAT 只能用在nat表的POSTROUTING链里
only valid in the nat table, in the POSTROUTING chain.
-j SNAT --to-source ipaddr[-ipaddr][:port-port]
ipaddr:
a single new source IP address
range of IP addresses
or you can add several --to-source options. a simple round-robin takes place between these adresses.
port range(only valid if the rule also specifies -p tcp or -p udp)
If no port range is specified, then source ports below 512 will be
mapped to other ports below 512
-j MASQUERADE
用于外网口public地址是DHCP动态获取的（如ADSL）
iptables -t nat -A POSTROUTING –o eth1 –s 192.168.1.0/24 –j MASQUERADE
iptables -t nat -A POSTROUTING -o ppp0 -j MASQUERADE
MASQUERADE --to-ports port[-port]
only valid if the rule also specifies -p tcp or -p udp.
固定public 地址（外网接口地址）的最基本内访外SNAT
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -o eth0 -j SNAT --to 你的eth0地址
多个内网段SNAT,就是多条SNAT语句即可
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.100.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -o eth0 -j MASQUERADE
非外网口地址为NAT用，必须先要绑定到接口上，如eth0 :1,eth0 :2
================================外网访问内网 –J DNAT===========================
DNAT
only valid in PREROUTING
--to-destination ipaddr[-ipaddr][:port-port]
DNAT：目的网络地址转换，重写包的目的IP地址
典型的DNAT的例子
外部接口ip：210.83.2.206
内部接口ip：192.168.1.1
ftp服务器 ： ip 192.168.1.3
web服务器 ： ip 192.168.1.4
iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -p tcp --dport 21 -j DNAT --to 192.168.1.3
iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -p tcp --dport 80 -j DNAT --to 192.168.1.4
DNAT静态映射
IPTABLES没有CISCO那种static map
DNAT用于内部SERVER的load-balance（即CISCO的rotery）
iptables –t nat –A PREROUTING –d 219.142.217.161 –j DNAT --to-destination 192.168.1.24-192.168.1.25
DNAT 带端口映射(改变SERVER的端口)
一个FTP SERVER从内部192.168.100.125:21映射到216.94.87.37:2121的例子
iptables -t nat -A PREROUTING -p tcp -d 216.94.87.37 --dport 2121 -j DNAT --to-destination 192.168.100.125:21
通常外网DNAT访问内网SERVER，内网SERV ER回包的源地址是经过另一个单独的SNAT进程的。而不属于DNAT STATIC进程的一部分。
这样对于P-t-P的网络应用，就必须另设一个和DNAT相适应的SNAT。
对于穿过NAT，被NAT映射改变端口号的应用，也必须用一个单独的SNAT对回包的端口进行映射
iptables -t nat -A POSTROUTING -p tcp -s 192.168.100.125 --sport 21 -j SNAT --to-source 216.94.87.37:2121
不这样做的话，FTP SERVER会返回21到外网的客户机，外网用户发出一个to 2121的FTP request,收到一个from 21的，会不认
上面的好象不必，做过实验了：
/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22
DNAT照样要做RULE，DNAT只是翻译，仍要做ACCEPT。（而且注意是FORWARD，不是INPUT）
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
##########NAT CHAIN###############
/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000
DNAT的FORWARD RULE总是出错，原来：DNAT RULE是在PREROUTING语句之后执行的，即DNAT RULE要match翻译过来的新接口号
一开始按翻译前的原始接口做RULE，发觉9000和9001都通过，但2022总通不过
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 2022 -j ACCEPT
##########NAT CHAIN###############
/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000
后来发现原来9000和9001都是端口不变的翻译，只有2022是由2022到22的翻译。
而FORWARD是在PREROUTING执行后执行的，此时2022已经被翻译成22了，当然不匹配2022那个rule了
改正：
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9000 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 9001 -j ACCEPT
/sbin/iptables -A FORWARD -i $WAN_INT -m state --state NEW -p tcp --dport 22 -j ACCEPT
==============================NAT troubleshooting===================================
-i ，-o 参数在NAT中的用途
对于PREROUTING链，只能用-i,通常是外网口
对于POSTROUTING和OUTPUT，只能用-o，通常也是外网口
linux iptables通常都用外网口地址做NAT public地址
用非外网口的同网段地址做DNAT public地址，失败
失败原因是，非外网口地址为DNAT用，必须要绑定到接口上，如eth0 :1,eth0 :2
连续public 地址SNAT （也要先绑定到子接口上eth0:x）
iptables –t nat –A POSTROUTING –s 192.168.1.0 –j SNAT --to-source 219.142.217.161-219.142.217.166
一段连续的地址，这样可以实现负载平衡。每个流会被随机分配一个IP。
不存在所谓的PAT。理由：没有PAT相关的RFC
PAT是CISCO自己的概念
Linux实现的就是完整的NAT和NAPT（可以进行端口替换，参见RFC3022）
但是端口并没有bind到本地协议栈上。所以不受本地端口资源65535的限制。
源端口必须>1024
iptables –t nat –A POSTROUTING -p tcp,udp –s 192.168.1.0 –j SNAT --to-source 219.142.217.161:1024-32000
这样包的源端口就被限制在1024-32000了
端口转换限定
iptables –A POSTROUTING –o eth1 –s 192.168.1.0/24 –j MASQUERADE --to-ports 1024-30000
只转换1024以上低于30000的源端口
对于”内网访问内网SERVER在外网的地址”的特殊处理
o 网内客户机10.4.3.119发起一个访问请求给映射后的地址124.126.86.138（10.4.3.150）
o 防火墙收到这个向124.126.86.138请求后根据策略表匹配发现是一个对内部服务器10.4.3.150映射，防火墙会通过纯路由的方式将数据包转发给服务器 10.4.3.150
o 服务器10.4.3.150收到请求后，发现源地址为10.4.3.119的客户机发来了一个请求，并且这台主机与自己在同一个网段内，于是直接将回应包SYN+ACK发送给主机10.4.3.119（就不再经过FW）
o 10.4.3.119收到这个包后会感觉很奇怪，因为它从来就没有给10.4.3.150发送过连接请求报文（他只给124.126.86.138)发送过，所以就会将回应报文丢弃
解决：增加一个朝向内部网10.4.3.150访问的POSTROUTING SNAT
/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -s 10.4.0.0/16 -o $WAN_INT -j SNAT --to 124.126.86.137
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 2022 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:22
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9001 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9001
/sbin/iptables -t nat -A PREROUTING -d 124.126.86.138 -p tcp --dport 9000 -j DNAT --to-destination 10.4.3.150:9000
/sbin/iptables -t nat -A POSTROUTING -d 10.4.3.150 -j SNAT --to 10.4.0.198
把发往内部server ip 10.4.3.150的包的源地址改成FW内网口地址10.4.0.198
这样就能从内部访问内部SERVER的外部地址
上例的另一种情况：禁止server在内网访问他自己在外网的公有地址
iptables -t nat -A PREROUTING -d 219.142.217.161 -j DNAT --to 192.168.1.24
iptables -t nat -A PREROUTING -d 210.83.2.206 -s ! 192.168.1.24 -p tcp --dport 21 -j DNAT --to 192.168.1.24
-s !内网SERVER地址 DNAT --to 内网server地址
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