单IP做NAT支持的最大连接数问题

原文链接：http://www.wenzk.com/archives/1356和一些做NAT的老师接触，谈起NAT的问题，大多数都是自己用Linux使用iptables来搞定的，在具体谈到地址池的时候，发现很多老师都习惯将1个C网络NAT到一个单独的IP地址上，如果有N个C类地址，那就需要写N条iptables规则，当然这样做的好处是用户的源地址永远不会变，便于事件的追查等，当问到为什么非要把1个C映射到一个IP地址上时，大家的回答都是：怕一个地址的端口数量不够，导致连接数不够。想想也是，TCP/IP的端口数是16位的，最大也就支持65535个端口，难道单个IP地址做NAT的最大连接数就是65535？我们知道，Linux做NAT的时候，将NAT前后的IP地址及端口都记录在/proc/net/ip_conntrack里，通过查找这个文件，可以推断出某个报文NAT前后的IP地址及端口，也就是所谓的一个连接。下面我们来看一个实际的例子【1】：处于同一子网内的主机A、B，IP地址分别为：192.168.1.2、192.168.1.3，他们使用TCP协议，使用相同的源端口访问不同目的IP地址的web服务，看看NAT前后的IP地址及端口：1 tcp 6 431994 ESTABLISHED src=192.168.1.3 dst=121.194.0.206 sport=7777 dport=80 src=121.194.0.206 dst=60.16.128.110 sport=80 dport=7777 [ASSURED] use=12 tcp 6 431983 ESTABLISHED src=192.168.1.2 dst=60.215.128.148 sport=7777 dport=80 src=60.215.128.148 dst=60.16.128.110 sport=80 dport=7777 [ASSURED] use=1从上面可以看出，NAT之后只是把数据包的源地址修改了，都改成60.16.128.110，他们的源端口依然不变。我们继续看另外一个例子【2】：同样是以上两台主机，同时TCP协议访问同一主机的web服务：1 tcp 6 431997 ESTABLISHED src=192.168.1.3 dst=121.194.0.206 sport=6666 dport=80 src=121.194.0.206 dst=60.16.128.110 sport=80 dport=6666 [ASSURED] use=12 tcp 6 431990 ESTABLISHED src=192.168.1.2 dst=121.194.0.206 sport=6666 dport=80 src=121.194.0.206 dst=60.16.128.110 sport=80 dport=60121 [ASSURED] use=1
从结果可以看出，有一个连接的源端口号被修改成60121了。
比较上面两个例子，不难看出，识别一个连接只需5元组即可：协议、源地址、源端口、目的地址、目的端口对于【1】的两个连接，NAT前后的5元组为：NAT前：TCP、192.168.1.3、7777、121.194.0.206、80TCP、192.186.1.2、7777、60.215.128.148、80NAT后：TCP、60.16.128.110、7777、121.194.0.206、80TCP、60.16.128.110、7777、60.215.128.148、80将内网地址修改成功网地址后，五元组中的目的地址不一致，可以区分两个连接，无需修改 源端口。对于【2】的两个连接，NAT前的五元组为：TCP、192.168.1.3、6666、121.194.0.206、80TCP、192.168.1.2、6666、121.194.0.206、80如果NAT服务器只是简单的将源地址替换成一个IP地址，则两个连接的五元组完全一致，无法区分两个连接，所以NAT后将其中一个连接的源端口做了相应的修改：TCP、60.16.128.110、6666、121.194.0.206、80TCP、60.16.128.110、60121、121.194.0.206、80这样，两个连接的源端口不同，仍然可以区分两个连接。从上面的分析，可以得出如下结论：NAT支持最大连接数主要看可以产生多少个不重复的5元组。因此单个IP地址做NAT支持的最大连接数是多少呢？协议× 源地址×源端口×目的地址×目的端口 = 2 * 1 * 2^16 * 2^32 * 2^16 = 3.68934881e+019 个连接(理想状态)最差的情况，所有的用户都访问同一个IP地址的同一协议的同一端口，则：协议×源地址×源端口×目的地址×目的端口 = 1 * 1 * 2^16 * 1 * 1 = 65536个连接（最糟糕情况）。