NAT چیست و چه کاربردی در شبکه‌های کامپیوتری دارد؟

NAT چیست؟ اجازه دهید پاسخ این سوال را با یک سوال بررسی کنیم. تاکنون فکر کرده‌اید چگونه هزاران دستگاه در خانه یا محل کار شما می‌توانند همزمان به اینترنت متصل شوند، در حالی که تعداد آدرس‌های IP محدود است؟ پاسخ این پرسش در فناوری NAT نهفته است. NAT مخفف عبارت Network Address Translation به معنای «ترجمه آدرس شبکه» است. این فناوری به عنوان یک مترجم عمل کرده و زبان آدرس‌های IP دستگاه‌های مختلف در یک شبکه خصوصی را به زبانی مشترک برای ارتباط با دنیای بیرون (اینترنت) ترجمه می‌کند. در این مقاله ابر زس، به دنیای فناوری NAT قدم می‌گذاریم تا بررسی کنیم چگونه این فناوری نقش کلیدی در اتصال ما به اینترنت ایفا می‌کند.

NAT چیست؛ معرفی پل ارتباطی بین دنیای خصوصی و عمومی شبکه

NAT در شبکه به معنای ترجمه آدرس شبکه (Network Address Translation) است که به دستگاه‌های موجود در شبکه‌های خصوصی اجازه می‌دهد با استفاده از یک آدرس IP عمومی، به اینترنت دسترسی پیدا کنند. راهکار NAT در شبکه معمولاً روی یک روتر (مسیریاب) پیاده‌سازی می‌شود که وظیفه دارد قبل از ارسال بسته‌های داده به خارج از شبکه داخلی (یا همان خصوصی)، آدرس IP خصوصی مبدا را به یک آدرس IP عمومی ترجمه کند. این فرآیند باعث می‌شود که چندین دستگاه در یک شبکه داخلی بتوانند از یک آدرس IP عمومی مشترک برای اتصال به اینترنت استفاده کنند، که این امر علاوه بر حل مشکل کمبود آدرس‌های IP عمومی، امنیت شبکه را نیز افزایش می‌دهد.

NAT در شبکه به عنوان یک واسط عمل می‌کند که عملیات ترجمه آدرس‌ها را به صورت شفاف انجام می‌دهد، به‌طوری که این تغییرات برای دستگاه‌های داخل و خارج از شبکه قابل مشاهده نیستند و به بهبود کارایی و مقیاس‌پذیری شبکه کمک می‌کند. اکنون که با NAT در شبکه آشنا شدیم، بهتر است بدانیم که هدف استفاده از NAT چیست. پیش از این در مطلبی دیگر به این موضوع پرداخته‌ایم که IP چیست و چه تفاوتی بین آی‌پی عمومی و خصوصی وجود دارد.

NAT چگونه کار می‌کند؟

ترجمه آدرس شبکه (NAT) به عنوان یک دروازبان میان شبکه‌های داخلی و خارجی عمل می‌کند. این فناوری اجازه می‌دهد تا دستگاه‌های داخل شبکه داخلی، که از آدرس‌های IP خاصی استفاده می‌کنند که در شبکه‌های خارجی قابل شناسایی نیستند، بتوانند با دنیای بیرونی، مانند اینترنت، ارتباط برقرار کنند. NAT با جایگزینی این آدرس‌های داخلی با آدرس‌های خارجی معتبر، این امکان را فراهم می‌کند که ترافیک خروجی از شبکه داخلی به صورت ترافیکی با منشاء یک آدرس خارجی نمایش داده شود. همچنین ترافیک ورودی به این آدرس‌های خارجی نیز به درستی به دستگاه‌های داخلی مربوط به آنها هدایت می‌شود، بدون اینکه آدرس‌های IP خصوصی مبدا و مقصد برای هم فاش شود.

برای درک بهتر عملکرد NAT، می‌توانیم به مثالی از یک راهکار قدیمی اشاره کنیم که در سال‌های گذشته، زمانی که هنوز تلفن‌های داخلی خودکار و VOIP وجود نداشتند، استفاده می‌شد. در آن دوران، فردی به نام اپراتور تلفن یا تلفن‌چی، نقش مشابهی با NAT ایفا می‌کرد و وظیفه داشت تا ارتباط بین تلفن‌های داخلی با یکدیگر یا با خطوط خارجی را برقرار کند.

NAT مانند یک اپراتور تلفن در یک شرکت عمل می‌کند. در هر شرکت، تعدادی شماره تلفن داخلی (مشابه آدرس IP خصوصی) وجود دارد که می‌توانند بدون نیاز به خط تلفن عمومی شرکت (مشابه آدرس IP عمومی)، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. همچنین این امکان وجود دارد که هر یک از این تلفن‌های داخلی، به راحتی با شماره‌های خارج از شرکت تماس بگیرند. در این میان، اپراتور تلفن، مانند NAT، نقش واسطه را بازی می‌کند و امکان برقراری تماس تلفنی بین داخل و خارج شرکت را فراهم می‌سازد؛ البته بدون اینکه شماره‌های داخلی برای افرادی که از خارج تماس می‌گیرند، فاش شود.

این فرآیند نه تنها باعث صرفه‌جویی در استفاده از آدرس‌های IP عمومی می‌شود، بلکه به افزایش امنیت شبکه نیز کمک می‌کند. ترافیک ورودی و خروجی از یک فیلتر عبور می‌کند که امکان بررسی و تأیید هویت آن‌ها را فراهم می‌آورد. NAT، به همراه تکنیک‌هایی مانند CIDR (مخفف Classless Inter-Domain Routing و به فارسی مسیریابی بین دامنه‌های بدون کلاس)، موجب شده همچنان بتوانیم از تعداد محدود IPهای نسخه ۴ (یا IPv4) استفاده کنیم.

انواع NAT چیست؟

ترجمه‌ی آدرس شبکه (NAT) به سه نوع تقسیم می‌شود:

۱.NAT استاتیک

Static NAT یک روش ترجمه آدرس شبکه است که در آن به هر دستگاه در شبکه داخلی با یک آدرس IP خصوصی، یک آدرس IP عمومی منحصر به فرد اختصاص پیدا می‌کند. به این ترتیب هر دستگاه می‌‌تواند از طریق آدرس IP عمومی خود، به اینترنت دسترسی داشته باشد و در عین حال سایر دستگاه‌های اینترنت با IP عمومی هم بتوانند به آن دسترسی پیدا کنند. این روش معمولاً برای سرورهایی که نیاز به دسترسی مستقیم از اینترنت دارند (مانند سرورهای وب و ایمیل) استفاده می‌شود و تضمین می‌کند که هر سرور یک آدرس IP عمومی ثابت داشته باشد.

۲. NAT دینامیک

در Dynamic NAT، آدرس‌های IP خصوصی شبکه داخلی، به یک مجموعه از آدرس‌های IP عمومی دسترسی دارند؛ یعنی یک آی‌پی‌ عمومی می‌تواند برای چند دستگاه‌ با آی‌پی‌های خصوصی مختلف، استفاده شود. زمانی که ترافیک خروجی به روتر می‌رسد، روتر آدرس IP مقصد را با یک آدرس IP عمومی آزاد از مجموعه جایگزین می‌کند. وقتی ترافیک بازگشتی به روتر برمی‌گردد، روتر آدرس IP جهانی نگاشت شده را با آدرس IP مبدا جایگزین می‌کند. NAT دینامیک بیشتر در شبکه‌های داخلی از جمله در خانه یا شرکت، که نیاز به اتصال به اینترنت دارند استفاده می‌شود.

۳. ترجمه آدرس پورت (PAT)

در Port Address Translation که PAT نامیده می‌شود، چندین آدرس IP داخلی به یک آدرس IP خارجی از طریق شماره پورت اختصاص پیدا می‌کند تا به این روش، اتصالات مختلف از هم متمایز شوند. PAT نوعی از NAT دینامیک به شمار می‌آید. در این فرایند، زمانی که یک کامپیوتر به اینترنت متصل می‌شود، روتر به آن یک شماره پورت اختصاص می‌دهد و این شماره پورت به آدرس IP داخلی کامپیوتر اضافه می‌شود، درنتیجه یک آدرس IP منحصربه‌فرد برای کامپیوتر ایجاد می‌شود. اگر کامپیوتر دیگری به اینترنت متصل شود، همان آدرس IP خارجی را با شماره پورت متفاوت دریافت می‌کند. PAT بیشتر در شبکه‌های خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۴. ترجمه آدرس و پروتکل شبکه (NAPT)

NAPT (مخفف Network Address and Protocol Translation) مشابه NAT و PAT است و آدرس دستگاه‌ها را تغییر می‌دهد، اما علاوه بر آن، پروتکل دستگاه‌ها را هم تغییر می‌دهد. این کار باعث می‌شود که دستگاه‌ها بتوانند با هم ارتباط برقرار کنند، حتی اگر از پروتکل‌های مختلفی مثل IPv4 و IPv6 استفاده کنند.

مزایای استفاده از NAT چیست؟

NAT در شبکه فناوری مهمی در شبکه‌های کامپیوتری محسوب می‌شود که مزایای متعددی به همراه دارد. در ادامه به بررسی برخی از این مزایا می‌پردازیم:

۱. صرفه‌جویی در آدرس‌های IP

یکی از مهم‌ترین مزایای NAT، صرفه‌جویی در آدرس‌های IP است. در دنیای امروز که تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت به‌شدت افزایش یافته، آدرس‌های IPv4 به یک کالای کمیاب تبدیل شدند. NAT با امکان اشتراک‌گذاری یک آدرس IP عمومی توسط چندین دستگاه، به کاهش نیاز به آدرس‌های IP کمک می‌کند.

۲. افزایش امنیت شبکه

فناوری NAT با پنهان کردن شبکه داخلی از دنیای خارج، سطح امنیت شبکه را افزایش می‌دهد. این امر از دسترسی مستقیم مهاجمان به دستگاه‌های داخلی جلوگیری کرده و خطر حملات سایبری را کاهش می‌دهد. همچنین، NAT می‌تواند از دسترسی دستگاه‌های داخلی به سایت‌های مخرب جلوگیری کند.

۳. بهبود سرعت انتقال داده

NAT با کاهش تعداد بسته‌های داده‌ای که در شبکه جابه‌جا می‌شوند، سرعت انتقال داده را بهبود می‌بخشد. این امر به دلیل حذف نیاز به آدرس IP منحصر به فرد برای هر دستگاه در شبکه داخلی است.

۴. انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی شبکه

این تکنولوژی به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا بدون تغییر آدرس‌های IP، پیکربندی شبکه خود را تغییر دهند. این انعطاف‌پذیری در بهبود امنیت، عملکرد یا افزودن دستگاه‌های جدید به شبکه بسیار مفید است.

۵. امکان اتصال به چندین شبکه (Multi-homing)

NAT امکان اتصال به چند شبکه عمومی را فراهم می‌کند که به این قابلیت، Multi-homing گفته می‌شود. این ویژگی برای سازمان‌هایی که به چندین ISP متصل بوده یا دنبال افزایش پایداری شبکه هستند، بسیار مفید است.

۶. کاهش هزینه‌ها

همان‌طور که گفته شد، NAT با کاهش نیاز به آدرس‌های IP، هزینه‌های مربوط به خرید و مدیریت این آدرس‌ها را کاهش می‌دهد.

۷. ساده‌سازی مدیریت شبکه

این فناوری با کاهش تعداد آدرس‌های IP مورد نیاز، مدیریت شبکه را ساده‌تر می‌کند. این امر به‌ویژه برای سازمان‌هایی با تعداد زیاد دستگاه بسیار مفید است.

معایب NAT چیست؟

ترجمه آدرس شبکه (NAT) با وجود مزایای فراوان، دارای برخی محدودیت‌ها و معایب نیز هست:

• پیچیدگی شبکه: NAT در شبکه به دلیل نیاز به ترجمه آدرس‌های IP و شماره پورت‌ها، پیچیدگی شبکه را افزایش می‌دهد. این امر می‌تواند مدیریت و عیب‌یابی شبکه را دشوارتر کند.
• محدودیت اتصال: NAT ممکن است از برخی پروتکل‌ها یا انواع ارتباطات پشتیبانی نکند. این امر می‌تواند محدودیت‌هایی برای اتصال برخی دستگاه‌ها و برنامه‌ها ایجاد کند.
• کاهش امنیت: اگر NAT به درستی پیکربندی نشود یا برای مقابله با تهدیدات جدید به‌روزرسانی نشود، می‌تواند آسیب‌پذیری‌های امنیتی ایجاد کند.
• کاهش عملکرد: فرایند ترجمه آدرس‌ها و شماره پورت‌ها توسط NAT می‌تواند بر عملکرد برخی برنامه‌ها و پروتکل‌ها تأثیر منفی بگذارد.

چگونه NAT به حفظ امنیت شبکه کمک می‌کند؟

NAT و آدرس‌های IP خصوصی به تنهایی تضمین‌کننده‌ی امنیت کامل نیستند اما نقش مهمی در افزایش امنیت شبکه ایفا می‌کنند. این تکنولوژی با ترجمه آدرس‌های عمومی به خصوصی، یک لایه حفاظتی ایجاد کرده و از دسترسی مستقیم دستگاه‌های خارجی به منابع داخلی جلوگیری می‌‌کند. به عبارت ساده‌تر، NAT مانع از آن می‌شود که هر کسی بتواند به راحتی به کامپیوتر خانگی شما متصل شود. با این حال، برای ایجاد یک سیستم امنیتی جامع، استفاده از NAT به تنهایی کافی نیست و باید از سایر روش‌های امنیتی نیز بهره برد.

NAT در شبکه از روش‌های مختلفی به سازمان‌ها کمک می‌کند تا امنیت شبکه خود را به روش‌های مختلف تقویت کنند.

• روش اول: مخفی کردن آدرس‌های IP داخلی از دید کاربران خارجی، اولین خط دفاعی در برابر حملات سایبری است. با این کار، مهاجمان نمی‌توانند دستگاه‌های خاص شبکه را به راحتی شناسایی کرده و مورد هدف قرار دهند و در نتیجه امنیت شبکه به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
• روش دوم: فیلترینگ ترافیک، روش دیگری برای افزایش امنیت شبکه است. NAT با مدیریت ارتباط بین آدرس‌های IP داخلی و خارجی، می‌تواند امکان کنترل دقیق ترافیک شبکه را فراهم کند. به عنوان مثال، سازمان‌ها می‌توانند با استفاده از NAT، ترافیک ورودی از منابع مشکوک یا مخرب را مسدود کرده و از نفوذ مهاجمان به شبکه داخلی جلوگیری کنند. این روش، یک لایه امنیتی اضافی روی شبکه ایجاد کرده و از سیستم‌های داخلی در برابر تهدیدات سایبری محافظت می‌کند.
• روش سوم: NAT با اختصاص یک آدرس IP عمومی خارجی به چندین آدرس IP داخلی، مدیریت و نظارت بر ترافیک شبکه را آسان‌تر می‌کند. این قابلیت، ردیابی و تحلیل ترافیک شبکه را تسهیل کرده و شناسایی فعالیت‌های مشکوک یا غیرعادی را ممکن می‌سازد. به عبارت دیگر، NAT به عنوان یک ابزار مفید برای افزایش دیدگاه نسبت به شبکه و نیز امنیت آن عمل می‌کند و به مدیران شبکه امکان می‌دهد تا به طور مؤثری بر ترافیک نظارت داشته باشند.

NAT، در حالی که یک لایه دفاعی در برابر تهدیدات سایبری محسوب می‌شود، به تنهایی نمی‌تواند تمام نیازهای امنیتی یک شبکه را برطرف کند. این سرویس بیشتر برای مدیریت و سازماندهی آدرس‌های IP طراحی شده است تا حفاظت از اطلاعات. برای ایجاد یک لایه امنیتی جامع، استفاده از فناوری‌های مکمل مانند فایروال، سیستم‌های تشخیص نفوذ و سایر ابزارهای امنیتی ضروری است.

جمع‌بندی

NAT چیست؟ پاسخ این سوال را به‌طور کامل در این مقاله بررسی کردیم. این تکنولوژی مانند یک مترجم زرنگ عمل می‌کند که زبان شبکه‌های داخلی را به زبان اینترنت ترجمه می‌کند. این مترجم نه تنها به دستگاه‌های شما اجازه می‌دهد تا با دنیای بیرون ارتباط برقرار کنند، بلکه یک لایه امنیتی اضافی نیز فراهم می‌کند. با این حال، همانند هر ابزار دیگری، NAT نیز محدودیت‌هایی دارد. بنابراین، درک درست از کارکرد و کاربرد آن، کلید بهره‌برداری بهینه از این فناوری است.