ARP-NAT(MAC Address Translation)的原理

 

 

本文部分图片来自：

http://wiki.deliberant.com/faq/wireless-bridge-routing-arpnat/

https://wiki.openwrt.org/doc/howto/clientmode

 

 

MAT的原理

 

MAT(MAC Address Translation)也叫作ARP-NAT，和IP网络中的NAT原理是差很少的。下面简称MAT。

NAT的存在就是为了让内网的多台机器共享一个公网的IP地址。相似的，MAT可让Ethernet中多台机器共享一个MAC地址。可是这个共享是一个结果，而不是目的。

 

为何要使用MAT

 

这是WiFi网络中仅有的现象。WiFi网络最多见的AP的设计就是为了透传Ethernet包。它在Ethernet的(DA,SA)基础上加入了WiFi专用的MAC地址，也就是WiFi的MAC地址包裹在Ethernet地址以外。

 

对于AP来讲，包裹了AP的MAC地址BSSID，也就是在无线网络中的AP收发的802.11包是(DA,SA,BSSID)的形式。

对于WDS来讲，包裹了两个WDS设备的MAC地址(TA,RA)，也就是造成了(DA,SA,TA,RA)的形式。

 

那么对于WiFi网络中STA的包，只是加入了BSSID而已，并无加入它自身的WiFi设备地址，最终结果来看它并无WiFi的MAC地址，而是将本身的Ethernet地址拿来使用作为WiFi的地址了。

 

因此为了透传Ethernet包，在仅有链路层工做的状况下（不使用NAT），下面的组网方式就行不通了，而须要MAT的帮助。

 

 

MAT的原理

 

MAT的基本原理：

 

l  不影响IP层，也就是数据包的IP地址不会变化

l  MAT对于内部设备在MAC层上的通信是透明的。也就是是否有MAT设备存在，内部设备所收发的数据包的地址没有什么不一样。

l  MAT对于外部设备来讲，屏蔽了全部内部设备，以它自身来替代。也就是内部设备发出的包的源MAC会被替代成MAT设备的MAC。随之而来的，就是MAT收到的数据包的目标MAC会被替换成对应内部设备的MAC。

 

 

MAT的主要问题：

 

l  ARP-NAT缓存可能超时，这样会致使网络链接马上被中断

l  ARP-NAT缓存可能会溢出，这样会致使网络链接出现问题

l  其余未知问题

 

 

MAT的工做流程

 

如图设备A做为STA，链接到AP，电脑链接到设备A。设备A内部对STA接口Ethernet接口作驱动级别的处理转发。实际上若是设备A再放出一个WiFi AP，电脑的无线网卡连上它，原理也是同样的。 

 

 

DHCP流程

电脑发出DHCP discover，设备A更改SA，AP返回offer包以后，设备A更改DA返回给电脑。这里MAT可能要在DHCP包出去以前将broadcast flag给置上，否则AP可能会根据帧体的MAC地址直接单播数据包给电脑，这样会行不通，由于电脑没有和AP链接。因此这里AP回复的是广播的DHCP offer，MAT只要转发广播，没有必要修改DA。

由于DHCP流程中电脑尚未IP地址，因此在设备A端的MAT依据是DHCP包内部的MAC地址信息来转发。MAT不会修改DHCP包帧体里面的数据。

 

 

DHCP结束以后，MAT的驱动应该已经记住了IP-MAC的对应关系。

 

ARP流程

ARP的包体里面会携带IP地址和MAC地址，MAT除了在发送的时候改变SA，接收的时候改变DA以外，

它同时会在发送的时候改变ARP帧体的SA，接收的时候改变ARP帧体的DA。对于MAT设备来讲，根据ARP帧体的IP地址来判断哪一个设备就能够了。

 

另外抓包发现电脑还会广播“免费”ARP，告诉别人本身的MAC地址和IP地址的对应关系。MAT也坚决果断地将它的SA和帧体的SA替换成本身的MAC地址。

 

因此这最终的效果就是MAT设备拥有多个IP地址，虽然这不是真的。

 

 数据包流程

 

数据包的流程很简单，就是MAT设备修改电脑数据包包的SA发出去给AP，AP回来的发修改DA再转发给电脑。

 

基本流程以下图所示，其中MAT将SA替换成SA1，将DA替换回DA1.