Introducción al NAT y el crecimiento de Internet
Internet comenzó como una pequeña idea de investigación y luego se convirtió en un sistema global que vincula miles de millones de dispositivos, y cada dispositivo necesita una dirección IP para que pueda enviar solicitudes y obtener respuestas. Al principio había suficientes direcciones IPv4 para entregar, pero la piscina siguió disminuyendo a medida que más personas y más máquinas llegaron en línea año tras año, por lo que los ingenieros buscaban una manera de estirar lo que quedaba. Esa búsqueda llevó a métodos que hacen que una dirección pública sirva a muchos dispositivos privados, y uno de los métodos más utilizados es Dirección de red Traducción, que la mayoría de la gente llama NAT.
NAT permite que muchos dispositivos dentro de una casa o oficina o escuela compartan una sola Dirección pública cuando hablan con el Internet más amplio, y el router hace el trabajo de traducción en silencio. Una familia con varios teléfonos y portátiles y una televisión inteligente puede estar en línea al mismo tiempo a través de esa identidad pública, y la misma idea tiene en redes más grandes que necesitan seguir creciendo sin quemar a través del espacio público demasiado rápido. No se hizo como una solución perfecta o permanente, pero se convirtió en una pieza clave que mantiene las cosas juntas mientras el movimiento a IPv6 continúa lentamente, y mantiene las conexiones diarias lo suficientemente suaves para que las aplicaciones sigan trabajando y los servicios permanezcan accesibles.
Comprender los fundamentos del NAT
La idea detrás de NAT suena simple y la parte ocupada se encuentra dentro del router, porque un dispositivo en la red local envía un paquete con una dirección privada y el router intercambia esa fuente para la dirección pública compartida antes de que se vaya. Cuando la respuesta viene del servidor, el router revisa la tabla que guarda y sabe qué dispositivo privado lo pidió, por lo que los datos encuentran el lugar correcto de nuevo y el usuario sólo ve que las páginas de carga y vídeos juegan.
El formulario que la mayoría de las personas utilizan es Port Address Translation, o PAT, que da a cada conexión su propio número de puerto para que una dirección pública pueda cubrir muchos dispositivos privados a la vez y mantener el tráfico ordenados. En una casa que podría significar streaming y juego y navegación al mismo tiempo, y los observadores externos todavía ver sólo un IP público, y el router coincide con los puertos a los dispositivos para que las sesiones no se mezclan. También hay otras formas, como NAT estático que mapea un privado a un público cuando un servidor dentro necesita ser alcanzado desde fuera, y NAT dinámico que da direcciones públicas desde una piscina según sea necesario, y cada forma trata de utilizar el espacio escaso más cuidadosamente mientras mantiene las redes flexibles.
Debido a que NAT oculta el diseño de la red privada, los extranjeros en Internet no pueden ver los dispositivos dentro directamente, y que añade una capa delgada de separación que se siente como protección básica aunque no es una herramienta de seguridad completa. Esta mezcla de ahorro del espacio público y mantener una pequeña distancia desde el exterior explica por qué NAT se hizo común y por qué casi todos los barcos de router de consumo con él listos para usar, y así es como terminó en medio de la vida diaria de Internet.
El problema de la escasez IPv4
IPv4 da alrededor de 4,3 mil millones de direcciones únicas, y en los primeros años ese número parecía más que suficiente. Grandes organizaciones, universidades y redes gubernamentales fueron entregadas grandes bloques, a veces más grandes de lo que podían usar, porque en ese momento nadie pensaba que las direcciones se agotaban. Pero Internet se extendió y más personas querían estar en línea, así que las direcciones que una vez parecían interminables comenzaron a verse limitadas, y luego la piscina comenzó a encogerse mucho más rápido.
La difusión de teléfonos inteligentes convirtió el lento drenaje en una prisa, ya que las personas que ya tenían un ordenador en casa también querían sus teléfonos y tabletas y televisores inteligentes para mantenerse conectados todo el tiempo. Cada dispositivo pidió un IP, y el espacio disponible no pudo mantenerse al día. A principios de 2010 la mayoría de los registros regionales decían abiertamente que no tenían IPv4 nuevo que dar, y las nuevas solicitudes debían ser manejadas de manera diferente.
Si el NAT no hubiera estado en su lugar, la escasez habría llegado mucho antes y de una manera más dura. Las casas y oficinas habrían necesitado varias direcciones públicas cada una, y los proveedores no habrían podido satisfacer la demanda. NAT permite que esas casas y empresas utilicen espacios privados dentro y luego compartan una o varias direcciones públicas fuera, por lo que el mismo espacio sirvió a muchos más usuarios que antes.
NAT no termina la escasez, pero disminuye el daño. Los ISP pueden conectar más hogares sin apresurarse a comprar grandes bloques en el mercado, y los usuarios pueden seguir agregando nuevos gadgets sin pedir una nueva suscripción cada vez. Para la mayoría de la gente esto hizo invisible la escasez. Acaban de continuar utilizando Internet mientras NAT extendió silenciosamente la vida de IPv4 y dio a la industria más tiempo para moverse lentamente hacia IPv6.
How NAT Mechanisms Work in Practice
NAT funciona en el fondo para que la mayoría de la gente nunca note que funciona. Un portátil pide una página web, y el paquete se ejecuta llevando una dirección de fuente privada. El router cambia eso para el público compartido antes de enviarlo a Internet. Cuando la respuesta vuelve, el router revisa su tabla, sabe qué dispositivo privado lo pidió y envía la respuesta a la máquina correcta. Para el usuario esto parece una simple carga de página, pero dentro del router se está llevando a cabo un flujo constante de traducciones.
El tipo de NAT que más aparece es la traducción de direcciones portuarias o PAT. Aquí, una sola dirección pública puede cubrir cientos de dispositivos privados, con cada conexión conseguir un número de puerto diferente. Una familia puede estar en línea a la vez, viendo películas y jugando juegos, pero fuera sólo un público IP es visible. El router rastrea qué puerto pertenece a qué dispositivo y mantiene todo arreglado. Static NAT, que vincula una dirección privada a una dirección pública, se utiliza cuando un servidor dentro necesita ser alcanzado desde fuera. Dynamic NAT, que entrega direcciones públicas desde una piscina cuando sea necesario, todavía tiene usos en configuraciones de empresas. Cada forma intenta hacer que la piscina dure más y mantener las cosas flexibles.
NAT añade otros efectos secundarios también. Debido a que esconde la estructura interna de la red, los forasteros no pueden ver cada dispositivo directamente. Este no era el objetivo principal del diseño, pero dio una capa extra delgada de separación. No reemplaza un cortafuegos, pero disminuye la visibilidad desde el exterior. Al mismo tiempo, NAT puede bloquear algunos servicios directos. Los juegos en línea, el software entre pares y las llamadas de vídeo pueden tener problemas para cruzar NAT sin ayudantes como los servidores STUN o TURN. NAT de grado Carrier, que muchos proveedores utilizan, ahorra aún más direcciones pero hace la vida más difícil para los clientes que quieren albergar servidores o conectarse directamente.
Papel de NAT en IP Dirección Distribución
El NAT no reemplaza el papel de los registros o las políticas de asignación, pero cambia la forma en que las direcciones se utilizan en la práctica. En teoría, cada dispositivo debe tener su propia dirección pública. En realidad, NAT permite a millones de dispositivos privados sentarse detrás de una o varias direcciones públicas. Esto extiende la piscina mucho más allá de la asignación directa de uno a uno que pueda.
Los proveedores de servicios utilizan NAT fuertemente para seguir registrando nuevos clientes incluso después de que sus bloques de direcciones estén casi llenos. Un único ISP puede cubrir miles de hogares con un pequeño conjunto de direcciones públicas. Cada cliente tiene un router haciendo traducciones, y muchos proveedores añaden otra capa de NAT en su núcleo. Este apilamiento de sistemas NAT es lo que permitió que Internet siguiera creciendo incluso después de la piscina gratuita IPv4 se había ido.
Para los usuarios, NAT hace la escasez casi invisible. En casa, pueden conectar más dispositivos sin pedir nuevas direcciones del proveedor. En las escuelas y oficinas, cientos de computadoras pueden conectarse a través de un IP público. En ambos casos, el NAT es la razón por la que el acceso puede distribuirse más ampliamente sin esperar nuevas asignaciones. Sin NAT, muchos usuarios ya habrían sido cortados hace años.
NAT siempre se suponía que era temporal, pero la adopción lenta IPv6 la convirtió en una parte a largo plazo del sistema. Ahora es central en cómo los proveedores gestionan las direcciones, cómo las empresas diseñan sus redes, y cómo la gente común se conecta cada día. Aunque IPv6 estaba destinado a reemplazarlo, NAT todavía se sienta en medio de la distribución hoy.
Retos y limitaciones del NAT
Aunque NAT ha mantenido IPv4 utilizable, también rompe algunas de las ideas originales de Internet. El diseño temprano permitió que cualquier dispositivo hablara con cualquier otro directamente. Con NAT en su lugar, los dispositivos dentro no se pueden alcanzar desde fuera a menos que se hagan ajustes adicionales. Esto hace más difícil para la gente ejecutar servidores en casa. Una persona que quiere acoger un juego o un sitio pequeño a menudo tiene que utilizar el reenvío del puerto para que el tráfico exterior llegue al dispositivo adecuado.
Las aplicaciones Peer-to-peer se enfrentan al mismo problema. Necesitan caminos directos, pero NAT los bloquea por defecto. Los desarrolladores han creado trucos para evitar esto, pero esas soluciones agregan complejidad y a veces retrasan las cosas.
NAT de grado de operador va más allá colocando cientos de clientes detrás de una dirección compartida. Esto ahorra espacio pero limita lo que los usuarios pueden hacer. Hosting servers, el uso de acceso remoto o el seguimiento de abuso se hace más difícil porque muchas personas comparten el mismo IP público. Los proveedores deben guardar registros de los cuales el usuario privado coincidió con qué puerto en cada momento. Eso añade coste y carga técnica.
Impactos en empresas y usuarios de cada día
Para las empresas, NAT hizo posible el crecimiento sin enormes costos. Una empresa puede ejecutar muchos dispositivos con sólo unos pocos IPs públicos. Esto evita gastar dinero en el mercado de transferencias y permite que el negocio se expanda más libremente. Los ISP más pequeños dependen de NAT de grado portador para añadir clientes sin esperar nuevas asignaciones, lo que ayuda a mantener los servicios vivos incluso cuando los registros no tienen nada que hacer.
Para los usuarios de casa, NAT es casi invisible pero todavía central. Significa que una suscripción puede cubrir teléfonos, laptops y dispositivos inteligentes juntos. Las escuelas y oficinas utilizan la misma idea a gran escala. El router maneja el trabajo ocupado de la traducción para que la gente nunca tenga que pensar en las direcciones en absoluto. NAT es la razón tranquila que pueden disfrutar de una experiencia en línea suave.
NAT y la transición a IPv6
IPv6 fue diseñado para eliminar el problema ofreciendo una piscina tan grande que cada dispositivo podría tener una vez más su propia dirección pública. Si IPv6 estuviera completamente desplegado, NAT ya no sería necesario para la conservación, y el Internet podría volver a su estilo original de extremo a extremo.
Pero la adopción IPv6 ha sido lenta. Muchas redes todavía funcionan principalmente en IPv4, y muchos servicios todavía esperan conexiones IPv4. Los proveedores ahora ejecutan configuraciones de doble plataforma, pero mientras IPv4 esté en uso, NAT tiene que quedarse. La larga transición ha convertido NAT de un truco temporal en una herramienta permanente.
NAT también complica el movimiento a IPv6. Algunos proveedores, acostumbrados a confiar en NAT, apagan las actualizaciones a sus sistemas. Otros construyen híbridos que mezclan IPv6 con NAT. Estas soluciones mantienen las cosas funcionando por ahora pero retrasan el cambio completo. De esta manera NAT es útil y dañino. Hace que IPv4 dure más tiempo, pero retrasa el cambio completo a IPv6.
