NAT和PAT的应用与差异

# 1. 简介

## 1.1 概述NAT和PAT

网络地址转换（NAT）是一种在网络路由器上修改网络数据包的技术，用于将私有网络的IP地址转换为公共网络IP地址，以便在公共网络上传输数据包。端口地址转换（PAT）是NAT的一种特殊形式，它通过使用不同的端口号来映射多个私有IP地址到同一个公共IP地址。

## 1.2 为什么需要NAT和PAT

随着互联网的普及和IPv4地址的枯竭，企业和个人用户所能获得的公共IP地址数量有限。NAT和PAT的出现，使得可以在局域网内使用私有IP地址，通过路由器进行地址转换，达到了有限的公共IP地址能够支持更多设备访问互联网的目的。

接下来，我们将会开始第二章节的撰写，这部分讲述NAT的应用。

# 2. NAT的应用

网络地址转换（Network Address Translation，简称NAT）是一种将一组内部私有IP地址映射到较少数量的公共IP地址的技术。它通过修改数据包中的源IP地址和目的IP地址来实现地址转换。NAT可以应用于各种场景，主要包括单一地址转换、静态地址转换和动态地址转换。

### 2.1 单一地址转换
在单一地址转换中，一个公共IP地址被映射到内部网络中的单个私有IP地址。这种转换方式主要用于连接多个计算机共享同一个公共IP地址的情况，如在家庭网络中连接多台设备共享一个公网IP。下面是一个使用Python编写的简单的单一地址转换的示例代码：

import socket

private_ip = '192.168.1.1'
public_ip = '203.0.113.1'

def nat_single(source_ip):
    if source_ip == private_ip:
        return public_ip
    return source_ip

# 测试
print(nat_single('192.168.1.1')) # 输出 203.0.113.1
print(nat_single('192.168.1.2')) # 输出 192.168.1.2

### 2.2 静态地址转换
静态地址转换是指将一个固定的公共IP地址映射到内部网络中的一个固定私有IP地址。这种转换方式主要用于服务器等需要对外提供服务的设备。下面是一个使用Java编写的静态地址转换的示例代码：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class StaticNAT {
    private static Map<String, String> natTable;

    static {
        natTable = new HashMap<>();
        natTable.put("203.0.113.1", "192.168.1.100");
        natTable.put("203.0.113.2", "192.168.1.101");
        natTable.put("203.0.113.3", "192.168.1.102");
    }

    public static String natStatic(String publicIP) {
        if (natTable.containsKey(publicIP)) {
            return natTable.get(publicIP);
        }
        return null;
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(natStatic("203.0.113.1")); // 输出 192.168.1.100
        System.out.println(natStatic("203.0.113.4")); // 输出 null
    }
}

### 2.3 动态地址转换
动态地址转换是指将一组公共IP地址映射到内部网络中的一组私有IP地址，并且根据需求动态选择可用的公共IP地址。这种转换方式主要用于连接多个计算机同时访问互联网的情况。下面是一个使用Go编写的动态地址转换的示例代码：

package main

import "fmt"

type NATTable stru