网络地址转换（NAT，Network Address Translation）是一种在计算机网络中广泛应用的技术，主要用于解决IPv4地址匮乏问题，同时提供一定程度的安全性。通过NAT，私有网络内部的设备可以通过一个公用IP地址访问外部网络。这样，多个内网设备共享一个外部IP地址，极大地节省了IP地址资源。NAT不仅是家庭和小型企业网络的常用解决方案，还在企业级路由器和防火墙中扮演着重要角色。
NAT的工作原理主要依赖于在路由器或防火墙上对数据包的转换。每当一台内部设备向外部网络发送请求时，NAT设备会记录下内部IP地址和端口号，并为其分配一个唯一的外部IP地址和端口号。当响应返回时，NAT会查阅其转换表，确定哪个内部设备应当接收该响应，从而完成数据的双向传输。
NAT有几种不同的类型，其中包括静态NAT、动态NAT和重载NAT（也称为PAT，Port Address Translation）。静态NAT用于将一个内部IP地址映射到一个外部IP地址，适用于内网服务器需要被外部访问的场景。动态NAT则允许内部设备动态申请外部IP，通常适用于临时访问需求。重载NAT则是将多个内部设备映射到单一的外部IP地址，利用端口号进行区分，适合大规模的网络环境。
除了节约IP地址，NAT还带来了更高的网络安全性。由于内部网络地址不直接暴露在外部，黑客通常难以直接攻击内部设备。这种额外的安全防护，使得NAT成为企业和家庭网络的热门选择。NAT也有其局限性，比如对某些应用（如P2P和VoIP）的支持不够友好，可能导致连接问题。在实施NAT时，网络管理员需根据实际需求进行合理配置。
NAT是一项重要的网络技术，通过有效的地址转换和映射机制，不仅解决了IPv4地址短缺的问题，还增强了网络的安全性和灵活性。在选择和配置NAT方案时，需考虑到应用场景，以确保网络的最佳运行效果。