网络地址转换 (NAT) 设备后面可以运行多少设备？答案

【问题标题】：How many devices can run behind a Network Address Translation (NAT) device?网络地址转换 (NAT) 设备后面可以运行多少设备？
【发布时间】：2020-07-06 19:08:07
【问题描述】：

我在网络课程（CS144，斯坦福）中学习网络地址转换设备。

他们描述了 NAT 通过将本地 IP 地址和相应的应用程序端口号映射到 NAT 的外部 IP 并为该连接分配（由 NAT）端口号来工作。

假设 NAT 只有一个外部 IP 地址。我的问题如下：

由于 Internet 和 NAT 之间的连接数量的瓶颈是端口号限制（最高可达 65535），这是否会限制应用程序的数量（在 NAT 后面的各种设备上运行）可以访问互联网，以及可以在 NAT 后面运行的设备数量？

如果是，如何增加此限制以使 NAT 后面的设备数量不受限制？

【问题讨论】：

我想澄清一下，我观看了该课程的 youtube 视频并阅读了他们的笔记，并且没有注册该课程。这个问题也与课程中的任何作业/家庭作业无关。提到这个是因为有人反对这个问题，我不知道为什么。

标签： networking port ip-address nat internet-connection

【解决方案1】：

这是个好问题。

如您所说，NAT 受端口号的限制。但问题是协议使用了一个元组，例如：内部 IP、内部端口、外部 IP、外部端口和协议。

所以，如果我们只有一个外部 IP，那么端口号 (65536) 和协议 (TCP/UDP) 将成为限制。由于我们只能映射到 65546 * 2 的外部端口和协议，这就是内部连接的限制。

如果你想打破限制，也许最好增加外部IP地址的数量。

【讨论】：

一个内部设备理论上可以连接，只使用 TCP 和单个端口号连接到 NAPT 之外的每个 IPv4 地址和 TCP 端口号组合，因为来自所有外部设备的返回流量，同时使用单个地址和端口号作为目标，也将具有不同的源地址和端口号，因此您可以将其乘以 65,535（端口 0 不能使用）用于单个内部设备。 NAPT 设备没有足够的 RAM 来容纳这么大的表。

【解决方案2】：

我发现这个问题有些清晰。 65535 的限制是每个远程主机的每个公共 ip。

https://serverfault.com/questions/541699/nat-gateway-maximum-connection-limit

【讨论】：

这实际上是不正确的。您的意思是 NAPT，它是 NAT 的变体，它允许将多个设备隐藏在单个 IPv4 地址后面。将有三个 NAPT 表，一个用于 TCP（使用端口）、UDP（使用与 TCP 相同的端口号，但 TCP 和 UDP 端口不相同）和 ICMP（使用查询 ID）。每个表都将使用源 IPv4 和目标 IPv4 以及传输地址（端口/ID），因此理论上每个设备可以在 NAT 后面拥有数百万个进程，但 NAT 内存会将其限制为更少。
换句话说，三个 NAPT 表中每一个的索引是 32 位源 IPv4 地址加上 16 位源传输协议地址加上 32 位目标 IPv4 地址加上 16 位目标传输协议地址。这意味着每个协议的理论最大表大小为 2^96 (79,228,162,514,264,337,593,543,950,336) 个条目，因此所有三个协议都乘以 3。这是不现实的，因此 NAPT 设备上的 RAM 是翻译的限制。
@Ron Maupin 说以下是否正确？如果 NAT 后面的 70000 台设备想要使用 tcp 连接到同一个远程主机应用程序（具有单个 IP 地址），那么由于该表现在只能使用目标端口号路由来自主机的响应（相同的源 ip，相同的源端口，相同的目标IP，相同的协议：tcp），那么会有问题吗？基本上 70000 台设备能够使用相同的协议同时连接到一个小型应用程序吗？