排除ASA网络地址转换(NAT)配置故障

简介

本文档介绍如何对思科自适应安全设备(ASA)平台上的网络地址转换(NAT)配置进行故障排除。 

先决条件

要求

本文档没有任何特定的要求。

使用的组件

本文档中的信息基于ASA 8.3版及更高版本。

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命令的潜在影响。

排除ASA上的NAT配置故障

排除NAT配置故障时，必须了解如何使用ASA上的NAT配置来构建NAT策略表。

ASA管理员遇到的大多数NAT问题都源于以下这些配置错误：

• NAT配置规则顺序混乱。例如，手动NAT规则放置在NAT表的顶部，导致放置在NAT表更下方的更具体规则永远不会被命中。
• NAT配置中使用的网络对象太广，导致流量无意间与这些NAT规则匹配，并遗漏更具体的NAT规则。

packet tracer实用程序可用于诊断ASA上大多数与NAT相关的问题。请参阅下一节，了解有关如何使用NAT配置构建NAT策略表以及如何排除和解决特定NAT问题的详细信息。

此外，可使用show nat detail命令了解新连接命中了哪些NAT规则。

如何使用ASA配置构建NAT策略表

ASA处理的所有数据包都将根据NAT表进行评估。此评估从顶部（第1部分）开始，向下运行，直到匹配NAT规则。

通常，一旦匹配NAT规则，该NAT规则将应用于连接，并且不再针对数据包检查更多NAT策略，但是下面将解释一些警告。

NAT策略表

ASA上的NAT策略是基于NAT配置构建的。

ASA NAT表的三个部分是：

第 1 部分	手动NAT策略 它们按照它们在配置中的显示顺序进行处理。
第 2 部分	自动NAT策略 根据对象中的NAT类型（静态或动态）和前缀（子网掩码）长度处理这些信息。
第 3 部分	自动后手动NAT策略 它们按照它们在配置中的显示顺序进行处理。

下图显示了不同的NAT部分及其排序方式：

NAT规则匹配

第 1 部分

• 首先根据以第一个规则开头的NAT表第1部分评估流量。
  • 如果数据包的源IP和目标IP与手动NAT规则的参数匹配，则应用转换并停止该过程，且不会评估任何部分中的其他NAT规则。
  • 如果未匹配NAT规则，则根据NAT表的第2部分评估流量。

第 2 部分

• 根据第2部分NAT规则，按照之前指定的顺序评估流量，首先评估静态NAT规则，然后评估动态NAT规则。
  • 如果转换规则与流的源IP或目标IP匹配，则可应用转换，并可继续评估其余规则，以查看它们是否与流中的其他IP匹配。例如，一个自动NAT规则可以转换源IP，另一个自动NAT规则可以转换目标。
  • 如果流与自动NAT规则匹配，则当到达第2部分的末尾时，NAT查找停止，并且不会计算第3部分中的规则。
  • 如果第2部分的NAT规则与流不匹配，则查找将进入第3部分 

第 3 部分

• 第3部分中的过程与第1部分中的过程基本相同。如果数据包的源IP和目标IP与手动NAT规则的参数匹配，将应用转换，并且此过程将停止，并且不会对任何部分中的其他NAT规则进行评估。

本示例展示如何在NAT表中表示具有两个规则（一个手动NAT语句和一个自动NAT配置）的ASA NAT配置：

如何排除NAT故障

使用Packet Tracer实用程序

要排除NAT配置问题，请使用packet tracer实用程序验证数据包是否符合NAT策略。Packet tracer允许您指定进入ASA的示例数据包，ASA指示对数据包应用什么配置以及是否允许该配置。

在下一个示例中，给出了一个进入内部接口并发往Internet上主机的示例TCP数据包。Packet tracer实用程序显示数据包与动态NAT规则匹配，并被转换为外部IP地址172.16.123.4:

ASA# packet-tracer input inside tcp 10.10.10.123 12345 192.168.200.123 80

...(output omitted)...

Phase: 2
Type: NAT
Subtype: 
Result: ALLOW
Config:
object network 10.10.10.0-net
 nat (inside,outside) dynamic interface
Additional Information:
Dynamic translate 10.10.10.123/12345 to 172.16.123.4/12345

...(output omitted)...

Result:
input-interface: inside
input-status: up
input-line-status: up
output-interface: outside
output-status: up
output-line-status: up
Action: allow

ASA# 

选择NAT规则，然后单击Packet Trace，以便从思科自适应安全设备管理器(ASDM)激活Packet Tracer。 这会将NAT规则中指定的IP地址用作Packet Tracer工具的输入：

查看Show Nat命令的输出

show nat detail命令的输出可用于查看NAT策略表。具体而言，可使用translate_hits和untranslate_hits计数器来确定在ASA上使用哪些NAT条目。

如果看到新的NAT规则没有translate_hits或untranslate_hits，则意味着流量未到达ASA，或者可能在NAT表中具有更高优先级的另一个规则与该流量匹配。

以下是来自不同ASA配置的NAT配置和NAT策略表：

在上一个示例中，此ASA上配置了六个NAT规则。show nat输出显示如何使用这些规则构建NAT策略表，以及每个规则的translate_hits和untranslate_hits数。

这些命中计数器每次连接仅增加一次。通过ASA建立连接后，匹配当前连接的后续数据包不会增加NAT线路（非常类似于访问列表命中计数在ASA上的工作方式）。

Translate_hits:在转发方向上与NAT规则匹配的新连接数。

“转发方向”表示连接是通过ASA在NAT规则中指定的接口方向上构建的。

如果NAT规则指定将内部服务器转换为外部接口，则NAT规则中接口的顺序为“nat(inside，outside)。..”；如果该服务器发起到外部主机的新连接，则translate_hit计数器会增加。

Untranslate_hits:在相反方向上与NAT规则匹配的新连接数。

如果NAT规则指定将内部服务器转换为外部接口，则NAT规则中接口的顺序为“nat(inside，outside)。..”；如果ASA外部的客户端发起到内部服务器的新连接，则untranslate_hit计数器会增加。

同样，如果看到新的NAT规则没有translate_hits或untranslate_hits，则意味着流量未到达ASA，或者可能在NAT表中具有更高优先级的另一个规则与该流量匹配。

NAT问题故障排除方法

使用Packet Tracer确认数据包示例与ASA上的正确NAT配置规则相匹配。请使用show nat detail命令了解命中了哪些NAT策略规则。如果连接匹配的NAT配置与预期的不同，请通过以下问题排除故障：

• 是否有不同的NAT规则优先于您希望流量命中的NAT规则？
• 是否存在其他NAT规则，其对象定义过于宽泛（子网掩码太短，如255.0.0.0），从而导致此流量与错误的规则匹配？
• 手动NAT策略是否顺序混乱，从而导致数据包匹配错误的规则？
• 您的NAT规则配置是否不正确，从而导致规则与您的流量不匹配？

请参见下一节，了解示例问题和解决方案。

NAT配置的常见问题

以下是在ASA上配置NAT时遇到的常见问题。

问题：由于NAT反向路径故障(RPF)错误导致流量失败：为正向和反向流匹配的非对称NAT规则

NAT RPF检查确保ASA在正向转换的连接（例如TCP同步[SYN]）在反向转换时由相同的NAT规则（例如TCP SYN/确认[ACK]）转换。

通常，此问题是由发往NAT语句中的本地（未转换）地址的入站连接引起的。在基本级别，NAT RPF验证从服务器到客户端的反向连接是否与同一NAT规则匹配；否则，NAT RPF检查失败。 

示例：209.165.200.225

当位于192.168.200.225的外部主机发送一个直接发往本地（未转换）IP地址10.2.3.2的数据包时，ASA会丢弃该数据包并记录以下系统日志：

%ASA-5-305013: Asymmetric NAT rules matched for forward and reverse flows;
Connection for icmp src outside:192.168.200.225 dst inside:10.2.3.2 (type 8, code 0)
denied due to NAT reverse path failure

解决方案：

首先，确保主机将数据发送到正确的全局NAT地址。如果主机发送的数据包目的地址正确，请检查连接命中的NAT规则。

检验NAT规则是否定义正确，以及NAT规则中引用的对象是否正确。还要验证NAT规则的顺序是否合适。

使用Packet Tracer实用程序指定被拒绝的数据包的详细信息。Packet tracer必须显示由于RPF检查失败而丢弃的数据包。

接下来，查看Packet Tracer的输出，以查看在NAT阶段和NAT-RPF阶段中命中了哪些NAT规则。

如果数据包在NAT RPF检查阶段匹配NAT规则（表示反向流将命中NAT转换），但不匹配NAT阶段中的规则（表示正向流不会命中NAT规则），则数据包将被丢弃。

此输出与前图所示的场景匹配，其中外部主机错误地将流量发送到服务器的本地IP地址，而不是全局（已转换）IP地址：

ASA# packet-tracer input outside tcp 192.168.200.225 1234 10.2.3.2 80

    .....

Phase: 8
Type: NAT
Subtype: rpf-check
Result: DROP
Config:
object network inside-server
 nat (inside,outside) static 172.18.22.1
Additional Information:
...
ASA(config)# 

当数据包发往正确的映射IP地址172.18.22.1时，数据包在转发方向的UN-NAT阶段与正确的NAT规则匹配，在NAT RPF检查阶段与同一规则匹配：

ASA(config)# packet-tracer input outside tcp 192.168.200.225 1234 172.18.22.1 80
...
Phase: 2
Type: UN-NAT
Subtype: static
Result: ALLOW
Config:
object network inside-server
 nat (inside,outside) static 172.18.22.1
Additional Information:
NAT divert to egress interface inside
Untranslate 172.18.22.1/80 to 10.2.3.2/80
...
Phase: 8
Type: NAT
Subtype: rpf-check
Result: ALLOW
Config:
object network inside-server
 nat (inside,outside) static 172.18.22.1
Additional Information:
...

ASA(config)# 

问题：手动NAT规则顺序混乱，导致不正确的数据包匹配

手动NAT规则根据它们在配置中的外观进行处理。如果配置中首先列出一个非常广泛的NAT规则，则它可覆盖NAT表中更靠下的另一条更具体的规则。使用Packet Tracer验证您的流量到达哪个NAT规则；可能需要将手动NAT条目重新排列到不同的顺序。 

解决方案：

使用ASDM重新排序NAT规则。

解决方案：

如果删除规则并在特定行号重新插入，则可以使用CLI重新排序NAT规则。要在特定行插入新规则，请在指定接口后立即输入行号。

示例：

ASA(config)# nat (inside,outside) 1 source static 10.10.10.0-net
10.10.10.0-net destination static 192.168.1.0-net 192.168.1.0-net

问题

NAT规则过于宽泛，无意中匹配某些流量。有时会创建使用过于宽泛的对象的NAT规则。如果这些规则放置在NAT表的顶部（例如第1部分的顶部），则它们匹配的流量可能多于预期流量，并且会导致位于表更下方的NAT规则永远不会被命中。

解决方案

使用Packet Tracer确定流量是否与对象定义过于宽泛的规则匹配。如果出现这种情况，您必须缩小这些对象的范围，或者将规则进一步移到NAT表下方，或NAT表的after-auto部分（第3部分）。

问题

NAT规则将流量转移到不正确的接口。NAT规则在确定数据包从ASA的哪个接口时，可以优先于路由表。如果入站数据包与NAT语句中转换的IP地址匹配，则使用NAT规则来确定出口接口。

NAT转移检查（可以覆盖路由表的内容）检查是否有任何NAT规则为到达接口的入站数据包指定目标地址转换。

如果没有明确指定如何转换数据包目标IP地址的规则，则会参考全局路由表来确定出口接口。

如果有规则明确指定如何转换数据包目标IP地址，则NAT规则会将数据包拉至转换中的另一个接口，从而有效地绕过全局路由表。

此问题最常出现在入站流量中，这些流量到达外部接口，并且通常是由无序的NAT规则导致的，这些规则将流量转移到非预期的接口。

示例：

解决方案：

可通过以下任一操作解决此问题：

• 对NAT表重新排序，以便首先列出更具体的条目。
• 对NAT语句使用非重叠全局IP地址范围。

请注意，如果NAT规则是身份规则（这意味着规则不会更改IP地址），则可以使用route-lookup关键字（此关键字不适用于上一个示例，因为NAT规则不是身份规则）。

route-lookup关键字使ASA在匹配NAT规则时执行额外的检查。它会检查ASA的路由表是否将数据包转发到此NAT配置将数据包转发到的同一出口接口。

如果路由表出口接口与NAT转移接口不匹配，则NAT规则不匹配（跳过规则），数据包继续沿NAT表向下传输，由后续NAT规则处理。

route-lookup选项仅在NAT规则是身份NAT规则时可用，这意味着规则不会更改IP地址。如果将route-lookup添加到NAT行的末尾，或者在ASDM的NAT规则配置中选中Lookup route table to locate egress interface复选框，则可以根据NAT规则启用route-lookup选项：

问题：NAT规则使ASA为映射接口上的流量生成代理地址解析协议(ARP)

ASA代理ARP用于全局接口上NAT语句中的全局IP地址范围。如果在NAT语句中添加no-proxy-arp关键字，则可以基于每个NAT规则禁用此代理ARP功能。

如果无意中创建了全局地址子网，而该子网比预期的要大得多，也会出现此问题。

解决方案

如有可能，将no-proxy-arp关键字添加到NAT行。

示例：

ASA(config)# object network inside-server
ASA(config-network-object)# nat (inside,outside) static 172.18.22.1 no-proxy-arp
ASA(config-network-object)# end
ASA#
  ASA# show run nat
object network inside-server
 nat (inside,outside) static 172.18.22.1 no-proxy-arp
ASA#

这也可以通过ASDM来实现。在NAT规则中，选中Disable Proxy ARP on egress interface复选框。

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相关信息

• 视频：用于DMZ服务器访问的ASA端口转发（版本8.3和8.4）
• 基本 ASA NAT 配置：ASA版本8.3及更高版本中DMZ中的Web服务器
• 第2册：Cisco ASA系列防火墙CLI配置指南，9.1
• 思科技术支持和下载