防火墙和路由器同时做 NAT，会有哪些坑？

在不少网络架构中，防火墙和路由器都会提供 NAT（网络地址转换）功能。

很多人以为——“反正都能 NAT，多做一层没事”。

实际上，这种“双 NAT”配置在某些场景下会引发一系列让人抓狂的网络问题，尤其是排障时经常被忽视。

今天我们就来彻底分析一下：

当防火墙和路由器同时做 NAT，会出现哪些坑？为什么会出坑？怎么避免？

2. 场景设定

假设一个常见的中小企业出口架构：

内网 → 防火墙（NAT） → 路由器（NAT） → 运营商 → 互联网

• 内网地址：192.168.0.0/24
• 防火墙外网口地址：10.10.10.2（私网）
• 路由器内网口地址：10.10.10.1
• 路由器外网口地址：203.1.1.2（公网）

在这个架构下：

• 防火墙把内网 192.168.0.x 转成 10.10.10.2
• 路由器再把 10.10.10.2 转成 203.1.1.2

3. NAT 基本原理回顾

3.1 源地址转换（SNAT）

将数据包的源地址转换为另一个地址，常用于内网访问外网。

3.2 目的地址转换（DNAT）

将数据包的目的地址转换为另一个地址，常用于外网访问内网服务器。

3.3 NAT 表的匹配

• NAT 设备会维护一个转换表（会话表），记录内网 IP:端口 ↔ 外网 IP:端口的对应关系。
• 会话一旦超时或重置，映射关系就消失。

4. 双 NAT 常见坑

4.1 回包路径不一致（Asymmetric Routing）

当外网设备回包时，如果绕过了其中一个 NAT 设备（例如有另一条链路），会导致 NAT 表找不到映射，包直接被丢弃。

典型场景：

• 路由器多出口策略路由
• 防火墙多条上行链路

4.2 端口映射冲突

如果防火墙和路由器都做了 DNAT：

• 防火墙：203.1.1.2:80 → 192.168.0.100:80
• 路由器：也有端口映射规则 这可能导致路由器和防火墙的 NAT 规则冲突，外部请求根本到不了内网主机。

4.3 会话超时不同步

防火墙 NAT 会话表超时时间可能比路由器短（或长）。

• 如果防火墙 NAT 会话先消失，而路由器 NAT 还保留，回包就无法匹配，连接断开。
• 反之亦然。

4.4 抓包定位困难

双 NAT 后抓包时看到的 IP 并不是真实源 IP，需要倒推两层才能还原真实通信双方。

• 内网抓到是内网 IP → 防火墙外网 IP
• 路由器外网抓到是路由器外网 IP → 互联网 IP排障时会让运维迷路。

4.5 应用层协议问题

某些应用协议（如 FTP、SIP、H.323、IPSec）会在数据包里嵌入 IP 地址。

如果经过两层 NAT，没有正确开启 ALG（Application Layer Gateway）功能，协议会解析失败。

5. 案例分析

案例 1：双 NAT 导致 VPN 频繁断线

某公司部署了 SSL VPN，服务器在内网，公网用户通过防火墙映射访问。

• 架构：

  内网 VPN Server (192.168.0.10)
  → 防火墙（SNAT/DNAT）
  → 路由器（SNAT）
  → 互联网
  

• 现象： 公网用户可以连接 VPN，但每隔 10 分钟就断一次，需要重新连接。

• 排查过程：

1. VPN 日志显示“Peer disconnected”。
2. 防火墙 NAT 表超时时间 600 秒，而路由器 NAT 表超时时间是 1800 秒。
3. 当防火墙 NAT 映射消失后，VPN 数据包回到防火墙时无法匹配 NAT 表，被直接丢弃。

案例 2：双 NAT 导致公网访问 Web 服务失败

客户内部有一台 Web 服务器，需要公网访问。

• 架构：

  Web Server (192.168.0.20:80)
  → 防火墙（DNAT: 203.1.1.2:80 → 192.168.0.20:80）
  → 路由器（SNAT 10.10.10.2 → 203.1.1.2）
  

• 现象： 内网访问正常，公网访问不通。

• 排查过程：

1. 外部抓包发现能到路由器，但回包丢失。
2. 路由器没有做 DNAT，只是将 203.1.1.2 转成 10.10.10.2，但回包没有正确返回外网。
3. 由于两层 NAT 对应关系不一致，回包路径中断。

6. 规避方案

1. 减少 NAT 层数

• 能在一台设备完成的 NAT，就不要两台设备重复做。
• 如果防火墙和路由器同时存在，建议只保留一处 NAT 功能。

• 如果不得不双 NAT，确保两台设备的 NAT 超时时间一致或路由器 ≥ 防火墙。

• 所有 DNAT 规则最好集中在出口设备管理，减少配置冲突。

• FTP、SIP、H.323、IPSec 等需确保两台设备的 ALG 功能配置正确，否则会话建立失败。

• 分别在内网、防火墙外网口、路由器外网口抓包对比，找出丢包的 NAT 节点。

7. 总结

防火墙和路由器同时做 NAT，看似只是多一步地址转换，实际上会引入会话不同步、路径不一致、端口冲突等问题，尤其在公网访问、VPN、语音视频等业务中风险更高。

在设计网络时，应优先考虑：

• 最少 NAT 原则：减少不必要的地址转换环节。
• 出口一致性：确保回包路径与 NAT 会话匹配。
• 配置集中化：统一管理 NAT 策略，降低出错概率。

否则，即使网络表面 Ping 得通，业务依然可能“断断续续”甚至完全不可用。