Network address translation - Définition

Introduction

En réseau informatique, on dit qu'un routeur fait du Network Address Translation (NAT) (« traduction d'adresse réseau ») lorsqu'il fait correspondre les adresses IP internes non-uniques et souvent non routables d'un intranet à un ensemble d'adresses externes uniques et routables. Ce mécanisme permet notamment de faire correspondre une seule adresse externe publique visible sur Internet à toutes les adresses d'un réseau privé, et pallie ainsi l'épuisement des adresses IPv4.

Exemple

Réseau sans NAT : les adresses des hôtes sont des adresses uniques et routées sur Internet.

Réseau avec NAT : les adresses des hôtes sont des adresses réutilisables. Le routeur de bordure fait la traduction d'adresse. La modification du plan d'adressage alloue désormais un réseau /16 par sous-réseau, s'affranchissant de la limite des 254 adresses possibles avec un /24.

Un campus est composé de 1 000 hôtes (ordinateurs, imprimantes, etc.), répartis dans 4 sous-réseaux. Sans utilisation du NAT, un tel campus nécessiterait l'attribution de presque 1 000 adresses IPv4 uniques et routées.

En connectant un tel campus à Internet via un routeur qui implémente NAT, il est possible de changer le plan d'adressage interne et d'utiliser des adresses non uniques (utilisées ailleurs dans le monde) et non routables sur Internet (cf. RFC 1918). On parle aussi d'adresses publiques (uniques au monde) et privées (uniques seulement dans le réseau privé). Un des buts du NAT est de rendre les adresses privées invisibles depuis Internet.

On n'assignera que quelques centaines d'adresses à l'ensemble des adresses externes du NAT, sachant que les imprimantes (et certains autres équipements) n'ont pas besoin de communiquer avec l'extérieur de façon permanente (donc leurs adresses n'ont pas besoin d'être traduites).

Le NAT permet donc de diminuer significativement le nombre d'adresses IP uniques utilisées.

Bénéfices du NAT

Les adresses internes peuvent être choisies parmi les adresses définies dans la RFC 1918. Ainsi plusieurs sites peuvent avoir le même adressage interne et communiquer entre eux en utilisant ce mécanisme. Étant donné que les adresses internes sont réutilisées, on économise des adresses IP publiques, dont l'occupation, en IPv4, arrive à saturation.

On peut avoir moins d'adresses dans l'ensemble des adresses externes que ce qu'on a comme adresses IP à l'intérieur du réseau, si l'on met en place un mécanisme permettant de récupérer des adresses inutilisées après un certain temps (on appelle ceci un bail). Plus précisément, si une entrée dans la table des traductions n'est pas utilisée pendant un certain temps (paramétrable dans le serveur DHCP du réseau), cette entrée peut-être réutilisée : une autre machine avec une adresse interne va récupérer l'adresse externe.

On estime parfois que le NAT apporte un bénéfice en terme de sécurité car les adresses internes sont dissimulées. La sécurité des équipements derrière un NAT n'est cependant pas supérieure à celle qu'un pare-feu à états peut fournir.

Implémentation du NAT

Les correspondances entre les adresses privées (internes) et publiques (externes) sont stockées dans une table sous forme de paires (adresse interne, adresse externe). Lorsqu'une trame est émise depuis une adresse interne vers l'extérieur, elle traverse le routeur NAT qui remplace, dans l'en-tête du paquet TCP/IP, l'adresse de l'émetteur par l'adresse IP externe. Le remplacement inverse est fait lorsqu'une trame correspondant à cette connexion doit est routée vers l'adresse interne. Aussi, on peut réutiliser une entrée dans la table de correspondance du NAT si aucun trafic avec ces adresses n'a traversé le routeur pendant un certain temps (paramétrable).

Voici par exemple une table de NAT simplifiée. On supposera qu'une entrée pourra être réclamée si la traduction n'a pas été utilisée depuis plus de 3 600 secondes.

La première ligne indique que la machine interne, possédant l'adresse IP 10.101.10.20 est traduite en 193.48.100.174 quand elle converse avec le monde extérieur. Elle n'a pas émis de paquet depuis 1 200 secondes , mais la limite étant 3 600, cette entrée dans la table lui est toujours assignée. La seconde machine est restée inactive pendant plus de 3 600 secondes, elle est peut-être éteinte, une autre machine peut reprendre cette entrée (en modifiant la première colonne puisqu'elle n'aura pas la même IP interne). Enfin, la dernière machine est actuellement en conversation avec l'extérieur, le champ de Durée étant 0.

Actuellement, la plupart des pare-feu et routeurs possèdent cette caractéristique. Elle est par exemple utilisée par les abonnés ADSL qui connectent plusieurs ordinateurs sur une ligne unique.