SNAT：先路由后NAT
DNAT：先NAT后路由
第一个动作当然是进行CRC校验啦。路由器接受到数据帧（数据还是第二层状态时的称呼）第一步当然是先拆看前同步码以及帧尾的CRC校验部分， 只有校验对了才能进行后续的处理。这里，如果是交换机（普通的二层交换机）的话，紧接的是查看目的MAC和源MAC以及第三个字段——EtherType 字段。然后根据目的MAC和EtherType字段的值进行交换策略（具体的交互，不详细讨论，有兴趣的话告诉我！呵呵）。但如果是路由器的话，会继续拆 解数据帧，一般的情况EtherType都是0x0800（IP），也有可能是0x0806（ARP查询），又或者是0x8100（802.1q和 802.1p）。到了第三层的状态的时候应该是报文了（Packet，有人也叫它包，我也比较喜欢称这层的PDU叫包）。
重新描述一下数据包的格式：
(以下顺序是按数据包的字节顺序)
Version：长度4比特。标识目前采用的IP协议的版本号。一般的值为0100（IPv4），IPv6的值（0110）
Header Length：长度4比特。这个字段的作用是为了描述IP包头的长度，因为在IP包头中有变长的可选部分。IP包头最小长度为20字节，由于变长的可选部分最大长度可能会变成24字节。
Type of Service：长度8比特。这个子段可以拆分成两个部分：Precedence和TOS。TOS目前不太使用。而Precedence则用于QOS应用。
Total Length：长度16比特。IP包最大长度65535字节。
Identifier: 长度16比特。该字段和Flags和Fragment Offest字段联合使用，对大的上层数据包进行分段（fragment）操作。
Flags： 长度3比特。该字段第一位不使用。第二位是DF位，DF位设为1时表明路由器不能对该上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发， 则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。第三位是MF位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的IP包的包头中将MF位 设为1。
Fragment Offset：长度13比特。该字段对包含分段的上层数据包的IP包赋予序号。由于IP包在网 络上传送的时候不一定能按顺序到达，这个字段保证了目标路由器在接受到IP包之后能够还原分段的上层数据包。到某个包含分段的上层数据包的IP包在传送是 丢失，则整个一系列包含分段的上层数据包的IP包都会被要求重传。
TTL：长度8比特。当IP包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。这个字段可以防止由于故障而导致IP包在网络中不停被转发。
Protocol：长度8比特。标识了上层所使用的协议。
Header Checksum：长度16位，由于IP包头是变长的，所以提供一个头部校验来保证IP包头中信息的正确性。
Source and Destination IP Addresses：这两个地段都是32比特。标识了这个IP包的起源和目标地址。
Options：这是一个可变长的字段。该字段由起源设备根据需要改写。可选项目包含以下内容：
松散源路由（Loose source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，但是允许在相继的两个IP地址之间跳过多个路由器。
严格源路由（Strict source routing）：给出一连串路由器接口的IP地址。IP包必须沿着这些IP地址传送，如果下一跳不在IP地址表中则表示发生错误。
路由记录（Record route）：当IP包离开每个路由器的时候记录路由器的出站接口的IP地址。
时间戳（Timestamps）：当IP包离开每个路由器的时候记录时间。
这是大概的一个IPv4数据包的描述。从 包的结构大概可以看出我们的NAT功能是不能在该层进行过多的操作。所以，肯定是通过上一层来进行后续的操作。这一层只能提供一个srcIP和desIP 和Protocol来为上层协议进行后续的处理。也就是说如果路由器做了NAT后，继续拆看第四层的信息（尤其是PAT，拆分第四层是必须的）。路由器需 要查看第四层的port这个字段的信息，以此来判断上层的服务程序，同时也是通过这个字段的信息来协同其它几个字段来唯一标识NAT talbe中的一条session。为什么需要第四层的port信息呢？
这里用几个例子来说明：
（1） A - [Ra] ============== [Rb] - B
A和B通讯，走IP。两端各有一个路由器。正常配置。
一个TC包从A发出来，
IP层的信息：srcIP=A，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=10000，destPort=80。
这个包穿过Ra和Rb（以及中间任何可能的路由设备），L2的封装不断变化，但IP和TCP层的信息均不改变。
B 的以太网卡看到这个帧，发现EtherType=0x0800，就上交给IP；IP部分接到这个包，看到IPprotocol=TCP，就上交给 TCP；TCP接到这个datagram,发现destPort=80，于是上就给本地web server process。
这个例子是普通情况下的数据包的收包拆包的过程，希望各位能理解这一步。
（2） A - [Ra]-[NAT] ============== [Rb] - B
A侧加了个NAT。注意，你没有权利要求B端也加NAT。换句话说，NAT对A、B、Rb都是透明的（实际上对Ra也是）。
按你的思路：
一个TC包从A发出来，
IP层的信息：srcIP=A，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=10000，destPort=80。
- 经过Ra，无改变；
- 经过NAT，变成：
IP层的信息：srcIP=A'，destIP=B，protocl=NAT。
TCP层的信息：srcPort=10000，destPort=80。（注意A被NAT成了A'）
-此后这个NAT过的包穿过Rb，到达B。B会怎么办？
B 的以太网卡看到这个帧，发现EtherType=0x800，就上交给IP；IP部分接到这个包，看到IPprotocol=NAT....嗯？？！！这 个奇怪协议的datagram交给谁？注意我们的假定是B端无需理解NAT。B只能discard （标准IP行为）。
还是那句话，（B端）谁能负责理解你的NAT hints并且把这些hints又插入返回的包？
这里当初自己一直以为IP会在Protocol字段加点什么，其实这个字段无非就是那几个值，什么TCP什么UDP啦之类的。NAT的实现其实并没有和这个有多大的相关，只是会记录下这个session是通过什么相连的：TCP or UDP。
注意了，下面这个例子是Creator3D哥们的精彩部分：
A1，A2 - [Ra]-[PAT] ============== [Rb] - B
A1和A2访问B的web服务。PAT外侧端口地址（Cisco所谓的Inside Global Address）记作Aout。初始状态下，NAT还没有建立任何translation。
一个TCP包（记作Pkt_A1吧）从A1发出来，
IP层的信息：srcIP=A1，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=10000，destPort=80。
差不多同时，另一个TCP包从A2发出来（记作Pkt_A2），
IP层的信息：srcIP=A2，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=10000，destPort=80。
注意，两个包的srcPort都是10000。这样的可能性很小，只是为了说明最坏的情况。
- 经过Ra，无改变；
- 经过PAT，
Pkt_A1变成：
IP层的信息：srcIP=Aout，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=32001，destPort=80。（注意srcIP和srcPort）
Pkt_A2变成：
IP层的信息：srcIP=Aout，destIP=B，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=32002，destPort=80。（注意srcIP和srcPort）
两个包转发走了，PAT的translation表上也多了两项：
Prot__inLocl_____inGlbl______outLocl___outGlbl
TCP___A1:10000___Aout:32001__B:80______B:80
TCP___A2:10000___Aout:32002__B:80______B:80
- 此后这个两个包穿过Rb，到达B。在B看来，这是同一个IP host（Aout）发出来的两个HTTP session，交给web service分别予以响应，返回两个包：
Pkt_B1：
IP层：srcIP=B，destIP=Aout，protocl=TCP。
TCP层：srcPort=80，destPort=32001。
Pkt_B2：
IP层的信息：srcIP=B，destIP=Aout，protocl=TCP。
TCP层的信息：srcPort=80，destPort=32002。
- Pkt_B1 和 B2送达PAT
PAT怎么办？当然是用包里携带的信息检索NAT translation表。
现在仔细看看这个NAT表。
推论一，不能允许任意两行内容完全一样（废话吧？）
推论二，不会有任意两行有相同的inLocal IP:_port + outLocal IP:_port。这跟NAT无关，是基本的IP规则。
换句话说（A1:10001，B:80）同一时刻不可能出现在这个table的两个不同的row里。A1可以跟B的TCP=80建立多个连接，但是local port一定不一样。A1和A2都用port=10000跟B:80连接，没问题，他们的IP不同。
推论三，不会有任意两行有相同的inGlobal IP:_port + outGlobal IP:_port。理由同上。
结论：
1。有了inside Global IP+port，outside Global IP+port，及protocl，就可以唯一地确定一个表项；
2。有了inside Local IP+port，outside Local IP+port，及protocl，也可以唯一地确定一个表项；
实际上，B -〉A用的是（1），A -〉B用的是（2）。
回到这个具体的例子，PAT知道把Pkt_B1给A1而不是A2，是因为Pkt_B1的outside Local port=32001，这足以确定用：
TCP___A1:10000___Aout:32001__B:80______B:80
这条entry来确定inside Local IP。
在NAT路由器上也需要一个端口值来标示出session的。对不同的NAT session路由器都会分配一个端口来标示它，以便back的数据包能根据NAT table正确的forward数据包。到这里给出了路由表和NAT表之间如何协调来处理数据包的答案了！
就拿上面的例子来说明：
先说A－>B的情况：
·A->B 的数据包先会被路由，但路由器会发现该A这个数据包是需要路由到外部的，则需要进行NAT处理，于是经过处理后NAT路由器会利用A这个数据包的 srcIP，desIP，Protocl，srcPort，desPort这个五元组来作为标签标示NAT session的。
·不过注意，这里正如上面例子中提到的，srcPort可能会被转换（如果是PAT的情况，srcPort肯定被转换掉），但转换后的srcPort是个关键的标签，是会被记录在NAT talbe中的，用来给back的数据包正确转发用的。就是上面例子中B->A所需要的。通过NAT处理好的数据包，携带着新的srcIP和srcPort信息发给B。这样从A到B的过程就结束了。
下面说一下B->A的情况：
·B－>A也就是back数据包如何被路由器处理的问题了。路由器在拆包的过程中当然会发现该数据包的目的IP就是自己。所以路由表这时候就应该不起作用了（因为目的已达到而且它自己并没有相应需要服务的上层程序）。此时就该NAT发挥作用了，它会根据除了desIP外（因为desIP是路由器端口的IP地址，所以已经没用了）的另外四个字段来从NAT table中查找相应的session来进行转发。
·首先当然是，srcIP(B的IP地址)，接下来就是关键的这个desPort了，这个desPort就是先前被NAT路由器转换后的那个port，这个port值在NAT table中是唯一的，可以通过它来区分不同的session，即使是来自同一台主机的同一协议的两个请求，该端口值也是不一样。通过四个字段也就可以唯一标示一个session，当然就可以把数据包发往真正的目的地了——主机A。
下面补充对TCP分组结构（segment）的说明：
===================16=====================32 bit
---------------------------------------------------------------------------------
|======Source port=====|========Destination port=====|
---------------------------------------------------------------------------------
|=============Sequence number ==================|
---------------------------------------------------------------------------------
|=============Acknowledgement number=============|
---------------------------------------------------------------------------------
|Offset| Reserved|U|A|P|R|S|F|=========Window=========|
---------------------------------------------------------------------------------
|========Checksum========|=====Urgent pointer =====|
---------------------------------------------------------------------------------
|===============Option + Padding=================|
---------------------------------------------------------------------------------
|===================Data======================|
---------------------------------------------------------------------------------
Source Port： 识别上层源处理器接收 TCP 服务的点。
Destination Port： 识别上层目标处理器接收 TCP 服务的点。
Sequence Number： 通常指定分配到当前信息中的数据首字节的序号。在连接建立阶段，该字段用于设别传输中的初始序列号。
Acknowledgment Number： 包含数据包发送端期望接收的数据下一字节的序列号。一旦连接成功，该值会一直被发送。
Data Offset： 4 位。TCP 协议头中的32位字序号表示数据开始位置。
Reserved： 6位。预留以备用，必须设置为0。
Control Bits （Flags）： 6位。传送各种控制信息。控制位可以是：
U （URG） Urgent pointer field significant.
A （ACK） Acknowledgment field significant.
P （PSH） Push function.
R （RST） Reset the connection.
S （SYN） Synchronize sequence numbers.
F （FIN） No more data from sender.
Window： 16位。指定发送端接收窗口的大小，也就是说，数据可用的八位缓存区大小。
Checksum： 16 位。指出协议头在传输中是否遭到破坏。
Urgent Pointer： 16 位。指向数据包中的第一个重要数据字节。
Option + Padding： 指定各种 TCP 选项。可选项有两种可能形式：单个八位可选类型和八位可选类型，八位可选长度和实际可选数据八位位组。
Data： 包含上层信息。
文章来自 http://blog.chinaunix.net/u/4929/showart_62329.html
