本文章深入浅出地讲解了网络地址转换（NAT）的概念、工作原理及其在网络通信中的应用，帮助读者全面理解NAT的作用与机制。
网络地址转换（NAT）是一种应对IPv4地址空间逐渐枯竭的解决方案。在九十年代初期，随着互联网的发展速度加快，人们开始意识到可用的IPv4地址资源将很快耗尽，并且全面推广下一代IP技术——IPv6还需要时间。因此，在这一背景下诞生了NAT技术。
NAT的基本原理是通过修改IP数据包中的源或目的IP地址，实现内部网络设备使用私有IP地址与外部公共互联网通信的功能。对于一些特殊应用如DNS和FTP等，NAT还需对数据包的有效负载进行相应的地址变更处理。在实施过程中，路由器会将网络划分为内网和外网，并管理以下四个关键术语：
1. 内部本地地址：指内部局域网主机所使用的私有IP地址。
2. 内部全局地址：即对外公开的公共IP地址，用于表示内部主机的位置信息。
3. 外部本地地址：外部网络中实际存在的真实IP地址。
4. 外部全局地址：外部网络向内网展示出来的公共IP。
NAT转换表在路由器上生成并维护，记录了所有必要的地址映射规则以确保数据包能够准确地在网络间传输。根据具体需求，常见的NAT配置方式包括：
1. 静态转换：为特定内部本地地址分配固定的外部全局地址。
2. 动态转换：通过访问控制列表（ACL）定义一组需要进行动态翻译的内部IP范围，并随机映射到公共地址池中。
3. 端口地址转换(PAT)：当多个内网主机需共享一个或少数几个公网IP时，PAT会根据端口号来进行精确匹配和转发。
例如，在一家中小企业场景下，企业网络包含内部局域网及对外连接的路由器接口。该公司需要提供WWW服务器与FTP服务给外部用户访问，并且希望员工能够正常上网冲浪。在这种情况下，可以使用NAT技术将上述两台服务器的内网IP地址静态映射到公网地址上；同时其他内部主机则通过PAT机制共享有限数量的公共IP资源。
总的来说，NAT帮助企业在IPv4向IPv6过渡期间有效利用稀缺的外部网络资源，并为保护内部网络安全提供了一层额外屏障。尽管如此，在使用过程中也可能遇到诸如特定应用故障或增加网络调试难度等问题。
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