地址轉換的概念
地址轉換，又稱地址代理，用來實現私有網絡地址與公有網絡地址之間的轉換。
什么是私有及公有網絡地址？
私有地址是指內部網絡(局域網內部)的主機地址，而公有地址是局域網的
外部地址（在因特網上的全球唯一的IP 地址）。因特網地址分配組織規
定以下的三個網絡地址保留用做私有地址：
10.0.0.0 —— 10.255.255.255
172.16.0.0 —— 172.31.255.255
192.168.0.0 —— 192.168.255.255
也就是說這三個網絡的地址不會在因特網上被分配，但可以在一個企業
（局域網）內部使用。各個企業根據在可預見的將來主機數量的多少，
來選擇一個合適的網絡地址。不同的企業，他們的內部網絡地址可以相
同。如果一個公司選擇其他的網段作為內部網絡地址，則有可能會引起
路由表的混亂。
什么情況下會用到地址轉換？
當內部網絡的主機訪問因特網或與外部網絡的主機通信時，需要用到地址轉換。如圖1 所示：

圖 1: 地址轉換示意圖
局域網內部網絡的地址是10.0.0.0 網段，而對外的正式IP 地址是
202.196.3.23 。內部的主機10.1.1.48 以www 方式訪問網外的服務器
202.18.245.251。主機10.1.1.48 發出一個數據報文，選擇一個源端口6084，目的端口為80。在通過代理服務器后，該報文的源地址和端口可
能改為203.196.3.23:32814，目的地址與端口不做改變。在代理服務器
中維護著一張地址端口對應表。當外部網絡的WWW 服務器返回結果時，
代理服務器會將結果數據報文中的目的IP 地址及端口轉化為
10.1.1.48:6084。這樣，內部主機10.1.1.48 就可以訪問外部的服務器了。

地址轉換的功能
在因特網的發展過程中，地址轉換的提出是為了解決因特網地址短缺所
面臨的問題。（RFC1631）。
路由器結合地址轉換可以完成以下功能：
一個企業通過路由器來訪問因特網，示意圖如圖2 所示；

圖2 通過路由器訪問因特網
另外一個部門的路由器通過缺省路由功能，如圖3 所示，利用此路由器訪問因特網；

地址轉換的實現
實現的機制是將網內主機的IP 地址和端口替換為路由器的外部網絡地址
和端口，以及從路由器的端口轉換為主機的IP 地址和端口。也就是<地
址+端口> ?? <端口>。（符號玙代表映射）
為了完成這樣的轉換，選取的數據結構至少需要包含下列信息：
主機地址；
主機端口；
轉換之后的端口；
?? 該連接的協議類型；
針對FTP 應用的“port”命令的特殊情況，需要對報文做sequence num
調整。對于該調整需要做相應記錄，數據結構中需要額外包括這些信息；
FTP 的“port”命令有什么特點？
FTP 涉及雙重連接，一個是控制連接，一個是數據連接。控制連接負責
傳輸控制信息，尤其是客戶命令。客戶提出一個請求，服務器與客戶建
立一個數據連接，進行實際數據傳輸。“port”命令用來指明與FTP 客戶
端建立數據連接相關時，客戶端的IP 地址及端口。即“port”命令的數
據中含有IP 地址（這個IP 地址甚至可以填上不是客戶端地址的任意的一
個IP 地址。有關這個命令所引起的網絡安全方面的問題，有興趣的可以
在計算機緊急事件反應組織的網點查看：www.cert.org，由卡耐基.梅隆大
學維護）。這個IP 地址也需要進行轉換，從而引起該tcp 報文所攜帶的
數據發生變化，需要進行sequence num 調整。
經過把數據報文中的地址和端口轉換為路由器的地址與端口后，報頭數
據發生了變化。而一般性的協議報頭中都有一項稱為checksum（校驗和）
的域，那一項也需要做調整。否則在數據報文發送到對端，在IP 層進行
的校驗和計算后，會被以“bad checksum”的原因被丟棄。
對于TCP、UDP 這些上層協議（包括ICMP），需要進行兩次校驗和調
整。一次是IP 報頭自身的校驗和調整，一次是TCP 等頭標的校驗和調整。
為了有效的實現〈地址+端口〉與〈端口〉之間的映射，選取hash 表的方
式來實現映射算法。選取以下的HASH 函數：
usIndex = ((ulIpAddr&0x000000FF)<<4) + (usSrcPort&0x000F);
采取此種方式是對在一個C 類子網內部的主機地址取其低8 位，由于一
臺主機的socket API 中對于端口號一般是連續分配的(而在一臺主機上所
開的通信客戶端程序是有限的)，再取其低4 位，可以較好地將由源地址
和源端口及協議所組成的半相關散列開至整個HASH 表中。采取hash 表結構后，還需要處理hash 沖突的情況，即需要維護一個鏈表
結構來放置hash 沖突之后的數據。
在具體實現的時候，考慮到一個連接都不會超過一定的時間。在數據結
構中增加一項用來記錄該連接創建時的時間，如果超過了所設定的時間，
則將此項從hash 表中刪除。
總結這一節，地址轉換的實現要點如下：
選擇一個數據結構來保存地址、端口等信息；
選擇一個合適的算法來實現地址加端口與端口之間的映射；
對轉換后的報文做校驗和調整；
對FTP 的“port”命令做sequence number 調整；

地址轉換的優缺點
地址轉換的優點在于：
內部網絡的主機可以通過該功能訪問網外資源；
為內部主機提供了“隱私”（privacy）保護；
缺點也是由轉換功能所引起：
由于需要對數據報文進行IP 地址的轉換，涉及IP 地址的數據報的報頭不
能被加密。在應用協議中，不能使用加密的FTP 連接。否則FTP 的port
命令不能被正確轉換。
網絡調試變得更加困難。比如，某一臺內部網絡的主機試圖攻擊其他網
絡，則很難指出究竟是哪一臺機器是惡意的，因為主機的IP 地址被屏蔽了。