通信技术运营商城域网分布式NAT部署

彭小英　黄大伦

摘 要：2011年2月，互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）宣布IpV4地址已经分配完毕以后，全球就正式进入了Ipv6时代，对于国内的各大运营商而言，建立Ipv6网络是一个漫长的过程，而在此期间，必然是处于Ipv4与Ipv6混合的过渡阶段，在这阶段当中，如何将网络从IPv4平滑地升级到Ipv6并延长Ipv4的使用时间是各大运营商所要面临的严峻问题。而城域网作为运营商改造网络的关键，采用分布式NAT地址转换技术可以解决IP地址紧缺问题。

关键词：NAT Ipv4 Ipv6 分布式 城域网 运营商

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0042-02

2011年ICANN宣布Ipv4地址已经分配完毕，而随着移动数据通信和互联网的快速发展、有线家庭宽带业务的爆发式增长，前期分配给运营商使用的IPv4公网地址已无法满足家庭宽带PPPOE拨号上网业务。为了保障互联网业务发展的持续性，避免因缺少公网IPv4地址而影响家庭宽带有线业务的发展，通过分布式部署IPv4地址转换技术（NAT）为用户分配私有IPv4地址，可有效解决运营商城域网公网IPv4地址不足的问题。

1 关于NAT

1.1 NAT简介

NAT（Network Address Translation），中文意思是“网络地址转换”，它是一个IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任务组）标准，允许一个整体机构以一个公用IP（Internet Protocol）地址出现在Internet上。就是在局域网内部网络中使用内部地址，而当内部节点要与外部网络进行通讯时，就在网关处（内部网络出口），将内部地址转换为公网地址，从而在外部公网上正常使用，NAT可以使多台计算机共享INTERNET连接，因此，我们可以认为，NAT在一定程度上能够有效解决公网地址不足问题。

1.2 NAT优点

（1）节约申请公开地址的费用，提高IP地址利用率。

（2）屏蔽内部网络，提高网络的安全性。

（3）保护已有的地址分配方案，减少地址维护工作。

1.3 NAT分类

1.3.1 静态NAT

静态NAT的IP地址是一对一的，一成不变的，将通过手动设置，使Internet客户进行的通信能够映射到某个特定的私有网络地址和端口。如果想让连接在Internet上的计算机能够使用某个私有网络上的服务器（如网站服务器）以及应用程序（如游戏），那么静态映射是必需的。

1.3.2 动态NAT

动态地址NAT的IP地址对是不确定的，而是随机的，所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任

何指定的合法IP地址，它为每一个内部的IP地址分配一个临时的外部IP地址，主要应用于拨号，对于频繁的远程联接也可以采用动态NAT。当远程用户联接上之后，动态地址NAT就会分配给他一个IP地址，用户断开时，这个IP地址就会被释放而留待以后使用。

1.3.3 网络地址端口转换NAPT

网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）则是把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。NAPT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的端口号。

1.4 NAT示例说明

在图1中，公共IP地址的范围是从192.1.1.2～192.1.1.254。通过路由器发送流量的每个客户机将被映射到池中的一个IP地址。如果253个客户端主动通过路由器发送流量，那么可用公共IP地址池已经饱和。当第254个客户端试图将流量发送到路由器时，它将超时，因为没有可用的公共IP地址用于NAT。虽然这限制了同时使用此NAT路由器的客户端的数量，但它并不限制每个客户端可以使用的应用程序的类型。

2 现各运营商主要采取的NAT部署方式

根据CGN（运营商级NAT）设备的部署位置，可分成集中式部署和分布式部署两种方式，前者CNG设备设置于城域网出口CR层面，后者则将CGN设备设置于城域网BRAS/SR层面；无论采取何种部署方式，都需要对设备故障情况下的影响范围、设备的冗余备份要求、地址的复用与规划和业务的流量均衡等因素进行综合考虑。

（1）集中式NAT部署。CGN设备作为独立设备，旁挂在省网核心路由器或城域网核心路由器，用户通过私网地址访问互联网时，需要经过CGN设备进行地址转换。

（2）分布式NAT部署。CGN作为板卡，插在SR设备上，用户通过私网地址访问互联网时，需经由SR配置的CGN板卡进行地址转换。

3 两种部署方式选择概述

对于集中式还是分布式的选择，个人认为应根据业务的规模和网络覆盖范围进行选择。其中集中式NAT部署方式的网络覆盖用户数量众多，CGN作为集中式处理将成为网络的瓶颈，因此，集中式NAT部署只适合全网需要改造的用户数量不多的演进初期阶段，或者网络规模本身就不大的中小型城域网场景。分布式NAT部署的网络覆盖的用户数量不大，城域网范围需要在多个SR/BRAS设备层同时部署CGN设备才能满足全网的用户覆盖，因此，分布式适合全网需要改造的用户数量众多的演进中期阶段，或者网络规模大的大型或者超大型城域网场景。

4 结语

随着业务量及家庭宽带用户的激增，各运营商也逐步将业务路由器SR下沉到县城及乡镇，城域网覆盖的用户及范围都在扩大，前期在城域网核心路由器CR上的集中式NAT部署已成为了SR下沉的瓶颈。城域网SR分布式NAT部署既可解决IPv4公网地址资源不足问题，又可满足运营商对网络的不断扩大与下沉。在未来运营商城域网发展上，由IPv4网络过渡到IPv6网络的过程中，SR分布式NAT部署是一个必经途径。

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