【簡単】NAT(Network Address Translation)とは何か?IT業界初心者のために基礎をわかりやすく解説します。

基礎
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NAT(ナット)とは何か?まずは簡単に解説

NAT(ナット)とは、英語のNetwork Address Translationの略称です。
Network AddressはIPアドレスのことですね。そしてTranslationには翻訳、言い換え、置き換えという意味があります。つまりNAT(Network Address Translation)を直訳すると、「IPアドレスを変換する技術」となります。
変換と言うからには、変換前と変換後があるわけですよね。
例えば、日本語の「こんにちは」を英語に変換すると「Hello」となりますね。
NATでは、プライベートIPアドレス⇔グローバルIPアドレスの変換が行われます。
簡単に言うと、プライベートIPアドレスはLANで使用するIPアドレスであり、グローバルIPアドレスはインターネットで使用するIPアドレスです。

プライベートIPとグローバルIPの違い

・プライベートIPアドレス
 組織内のLANで自由に使用できる。他のネットワークのIPアドレスと重複してもよい。
 IPv4プロトコルでは、10.0.0.0~10.255.255.255、172.16.0.0~172.31.255.255、192.168.0.0~192.168.255.255
 インターネットでは使用できない。
・グローバルIPアドレス
 インターネットで使用する。世界中でただ一つ、一意に割り当てられる。

IPアドレスに関しては、こちらの記事もご参照ください。
NATのおかげで、枯渇しそうなグローバルIPアドレス(IPv4)を節約することができます。もしも同一LAN内の全クライアントに別々のグローバルIPアドレスを割り当てたとしたら、IPv4は圧倒的に不足しますし、コストもかさみます。

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NAT(Network Address Translation)の仕組み

NATの機能は、ルーターが担います。
IPパケットのヘッダ部分にある送信元のプライベートIPアドレスが、グローバルIPアドレスに自動変換されるのです。
例えばNATを行わずに Webサイトを閲覧することを考えてみましょう。この場合、リクエストは送信できてもWebサーバー側はどこにレスポンスを送信すればいいかわからないため、閲覧することができません。WebサーバーにはクライアントのプライベートIPアドレス(LAN内の住所)がわからないわけですね。プライベートIPアドレスからグローバルIPアドレスへNATすることによって、Webサーバーはレスポンスの送信先を把握できるようになります。
ここで注意すべきなのは、NATは1対1のアドレス変換しかできないということです。
例えば同一LAN内にある複数のクライアントが同時にインターネット通信を行おうとした場合、
1つのグローバルIPアドレスが競合することになるわけなので、1つのクライアントしかインターネット通信することができません。
そこで、NAPT(ナプト)が有効となります。NAPTは簡単に説明すると、複数のクライアント同士で一つのIPアドレスを共有する技術です。以下で、もう少し詳しく説明していきます。

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NAPT(Network Address Port Translation)の仕組み

NAPT(Network Address Port Translation)は、IPアドレスの変換に加えて、異なるポート番号も割り当てる技術です。
そのため、同一LAN内の複数のプライベートIPアドレスでNAPTが必要になったとしても、1つのグローバルIPアドレスを共有して同時にインターネット通信することが可能となります。
NATが1対1のアドレス変換だったのに対し、NAPTでは1対Nの変換ができます。つまり、NAPTはNATの拡張版と言えます。
変換前後のIPアドレスとポート番号はルーターの変換テーブルに記録され、NAPTが必要な時に参照されます。
NAPTは、Linuxの搭載機能であるIPマスカレード(IP masquerade)や、PAT(Port Address Translation)とも呼ばれます。

1分で総復習:NAT(Network Address Translation)はIPアドレス変換技術のこと

NATを一言で表すと、IPアドレス変換技術です。
NATにより、LAN内でしか使用できないプライベートIPアドレスから、インターネット通信が可能なグローバルIPアドレスに自動変換されます。
ただ、NATは1対1のアドレス変換しかできません。ですから、同一LAN内の複数のプライベートIPアドレスを同時にNATし、同時にインターネット通信することはできません。
そこで、NATの拡張版であるNAPTが有効です。NAPTではIPアドレスだけではなく、ポート番号も変換できます。そのため同一LAN内の複数のプライベートアドレスで、1つのグローバルIPアドレスを共有することができます。これにより、同時にインターネット通信が可能となります。

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