NAT64：下一代互联网的关键技术

NAT64：下一代互联网的关键技术

引用

CSDN

等

9

来源

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https://blog.csdn.net/weixin_47402139/article/details/136313398

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https://blog.csdn.net/weixin_53018687/article/details/138220919

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https://blog.csdn.net/XINERTEL/article/details/139261200

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https://my.oschina.net/emacs_8832810/blog/17373651

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https://cloud.tencent.com/document/product/214/30440

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https://support.huaweicloud.com/usermanual-eip/eip_toa.html

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https://developer.aliyun.com/article/1635073

9.

https://developer.aliyun.com/article/1540944

随着互联网的快速发展，IP地址资源变得越来越紧张，尤其是IPv4地址的枯竭问题日益突出。为了解决这一问题，IPv6应运而生，它提供了几乎无限的地址空间。然而，IPv4和IPv6之间的不兼容性导致了过渡期的出现，网络地址转换（NAT）技术在这一过渡过程中扮演了重要的角色。本文将探讨NAT技术在IPv4向IPv6过渡中的应用，以及它如何帮助网络平稳过渡到新的协议时代。

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种在私有网络和公共网络之间转换IP地址的技术。它允许私有网络中的设备使用私有IP地址访问互联网，而无需全球唯一的公网IP地址。NAT技术最初是为了解决IPv4地址不足的问题而设计的，但随着IPv6的推广，NAT也成为了IPv4向IPv6过渡的重要工具。

NAT的工作原理

NAT通过修改IP数据包的源地址和/或目的地址，实现内部网络和外部网络之间的通信。当内部网络中的设备发送数据包到外部网络时，NAT设备将数据包的源地址替换为公网IP地址，并在内部维护一个映射表来跟踪内部私有地址和外部公网地址之间的映射关系。

NAT的类型

NAT技术主要有三种类型：静态NAT、动态NAT和端口地址转换（PAT）。

• 静态NAT：将内部网络的私有IP地址静态映射到外部网络的公网IP地址。
• 动态NAT：在需要时动态地将内部网络的私有IP地址映射到外部网络的公网IP地址池中。
• PAT：通过使用端口号来扩展NAT的功能，允许多个内部设备共享单个公网IP地址。

NAT的优缺点

NAT技术虽然解决了IP地址不足的问题，但也引入了一些缺点，如可能影响网络性能、增加网络复杂性、不利于某些网络应用的实现等。然而，在IPv4向IPv6过渡的时期，NAT技术仍然是一种有效的解决方案。

在探讨NAT技术在IPv4向IPv6过渡中的应用之前，有必要了解IPv4与IPv6之间的主要差异。这些差异不仅体现在地址空间的规模上，还包括了数据包格式、地址结构、网络配置等多个方面。

地址空间的差异

IPv4使用32位地址长度，能够提供大约43亿个地址。相比之下，IPv6使用128位地址长度，提供了几乎无限的地址空间，足以满足未来数十亿设备接入互联网的需求。

数据包格式的差异

IPv6的数据包格式进行了优化，以支持更高的传输效率和更好的扩展性。IPv6数据包的头部更简单，固定长度为40字节，并且减少了处理过程中的开销。

地址结构的差异

IPv6地址结构包含了内置的链路本地地址和站点本地地址，这些地址允许设备在没有全局地址的情况下进行通信。此外，IPv6地址还包含了网络前缀和接口标识符。

网络配置的差异

IPv4网络通常需要手动配置或使用DHCP进行地址分配，而IPv6支持无状态地址自动配置（SLAAC），这使得设备可以自动配置网络地址而无需额外的地址配置服务器。

安全性的差异

IPv6设计之初就考虑了安全性，IPSec是IPv6协议的必备组成部分，而在IPv4中，IPSec是一个可选的扩展。这提高了IPv6网络通信的安全性。

了解这些差异性对于理解NAT在过渡期的作用至关重要，因为NAT技术需要在两种不同协议之间架起桥梁，确保网络服务的连续性和兼容性。

在IPv4向IPv6过渡的过程中，NAT技术发挥着至关重要的角色。由于IPv4和IPv6在地址格式、协议栈等方面存在显著差异，直接过渡可能会造成服务中断和兼容性问题。NAT技术在这一过程中起到了桥梁的作用，确保了两种协议的平滑过渡。

允许共存

NAT技术允许IPv4和IPv6网络共存。通过NAT64和DNS64技术，可以使得IPv6网络中的设备能够访问IPv4网络中的资源，反之亦然。NAT64是一种网络地址和协议转换技术，它能够将IPv6数据包转换为IPv4数据包，反之亦然。DNS64则是一种DNS扩展，用于将IPv6地址的DNS查询转换为IPv4地址。

简化迁移

NAT技术可以简化网络的迁移过程。组织可以逐步部署IPv6，而不必立即更换所有设备和软件。通过NAT44和NAT46技术，可以在保持现有IPv4服务的同时，逐步引入IPv6服务。

• NAT44：允许IPv4网络中的设备访问IPv4互联网。
• NAT46：允许IPv4网络中的设备访问IPv6互联网。

保护现有投资

NAT技术使得组织可以在不放弃现有IPv4基础设施的情况下，逐步过渡到IPv6。这保护了组织在IPv4网络设备和应用上的投资，避免了突然更换带来的高昂成本。

促进新服务的部署

NAT技术还为新服务的部署提供了便利。例如，通过NAT46，组织可以在IPv6网络上部署新的服务，同时确保这些服务能够被IPv4网络中的用户访问。

面临的挑战

尽管NAT技术在过渡期中发挥了重要作用，但它也带来了一些挑战。例如，NAT可能会影响网络性能，增加延迟，并且可能对某些网络应用造成限制。此外，NAT技术也增加了网络的复杂性，需要更复杂的管理和维护。

总之，NAT技术在IPv4向IPv6过渡中扮演了关键角色，它不仅确保了网络服务的连续性，还提供了一种逐步迁移的可行方案。然而，随着IPv6的普及，逐步减少对NAT的依赖，实现纯IPv6网络，将是未来的发展趋势。

在IPv4向IPv6过渡的过程中，NAT64和DNS64是两种关键技术，它们共同工作，使得IPv6网络能够与IPv4网络进行通信。

NAT64技术

NAT64是一种网络地址和协议转换技术，它使得IPv6网络中的主机能够访问IPv4网络中的资源。NAT64通过将IPv6地址转换为IPv4地址，并在内部维护一个映射表来实现这一功能。

NAT64的工作原理

NAT64设备会接收来自IPv6网络的数据包，然后将数据包的目的IPv4地址转换为对应的IPv6地址，并转发到IPv6网络。当IPv4网络响应时，NAT64再将响应数据包的源IPv6地址转换回IPv4地址，并发送回原始的IPv6网络。

让我们通过一个具体的部署案例来理解NAT64的实际应用。在这个案例中，我们将使用华为USG6000V防火墙设备，通过eNSP模拟器实现IPv4和IPv6主机之间的互访。

组网需求

如图1所示，实现IPv4 Host与IPv6 Host间的互访；（由于eNSP模拟器的路由器不支持NAT64实现，因此使用USG6000V）USG6000V为双协议栈，连接IPv6网络以及IPv4网络；

操作步骤

1. 防火墙的接口划入trust区域，配置接口IP地址，并放行ping包

略

2. 防火墙上开启NAT64功能，并配置NAT64前缀

nat64 enable
nat64 prefix 3000:: 96  

说明：此处NAT64前缀以3000:: 96为例，如果不配置，则默认为知名前缀64:FF9b::/96

3. 配置地址池，给NAT64进行IP协议转换的时候使用

nat address-group 1 0
mode pat
section 0 200.1.1.1 200.1.1.100  

4. 配置防火墙的NAT策略

nat-policy
rule name 1
nat-type nat64
action source-nat address-group 1  

5. 如果是IPv4主动访问IPv6，那么需要配置静态的NAT64映射

nat64 static 2000::1 200.1.1.200  

结果验证

1. 动态NAT64映射

#IPv6 Host上执行ping 3000::100.1.1.1

PC>ping 3000::100.1.1.1
Ping 3000::6401:101: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
Request timeout!
From 3000::6401:101: bytes=32 seq=2 hop limit=127 time=16 ms
From 3000::6401:101: bytes=32 seq=3 hop limit=127 time<1 ms
From 3000::6401:101: bytes=32 seq=4 hop limit=127 time=15 ms
From 3000::6401:101: bytes=32 seq=5 hop limit=127 time<1 ms

--- 3000::6401:101 ping statistics ---
  5 packet(s) transmitted
  4 packet(s) received
  20.00% packet loss
  round-trip min/avg/max = 0/7/16 ms  

IPv6 Host可以ping通IPv4 Host的IPv4地址

在FW的任意视图下执行display firewall ipv6 session table，查看NAT64的会话表信息。

[USG6000V1]display  firewall ipv6   session table 
2022-06-06 06:35:41.600 
 Current Total IPv6 Sessions : 5
 NAT64: icmpv6  VPN: public --> public  2000::1.39105[200.1.1.49:2055] --> 3000::6401:101.2048[100.1.1.1:2048]  

由NAT64会话表得知IPv6与IPv4地址的转换关系

#在FW的任意视图下执行display firewall session table ，查看IPv4 NAT的会话表信息。

[USG6000V1]display  firewall session table 
2022-06-06 06:35:05.060 
 Current Total Sessions : 5
 icmp  VPN: public --> public  200.1.1.49:2055 --> 100.1.1.1:2048  

由IPv4 NAT会话表，进一步得知IPv4地址间的转换关系

#IPv6 Host访问IPv4 Host数据包的抓取

IPv6网络侧

IPv4网络侧

2. 静态NAT64映射

#IPv4 Host上执行ping 200.1.1.200

PC>ping 200.1.1.200
Ping 200.1.1.200: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 200.1.1.200: bytes=32 seq=1 ttl=254 time<1 ms
From 200.1.1.200: bytes=32 seq=2 ttl=254 time=16 ms
From 200.1.1.200: bytes=32 seq=3 ttl=254 time=16 ms
From 200.1.1.200: bytes=32 seq=4 ttl=254 time<1 ms
From 200.1.1.200: bytes=32 seq=5 ttl=254 time=15 ms

--- 200.1.1.200 ping statistics ---
  5 packet(s) transmitted
  5 packet(s) received
  0.00% packet loss
  round-trip min/avg/max = 0/9/16 ms  

IPv4 Host可以ping通IPv6 Host的IPv4地址

在FW的任意视图下执行display firewall ipv6 session table，查看NAT64的会话表信息。

[USG6000V1]display  firewall ipv6 session table 
2022-06-06 03:39:05.030 
 Current Total IPv6 Sessions : 3
 NAT64: icmpv6  VPN: public --> public  3000::6401:101.7028[100.1.1.1:7028] --> 2000::1.2048[200.1.1.200:2048]  

由NAT64会话表得知IPv6与IPv4地址的转换关系

在FW

NAT64作为IPv4到IPv6过渡的关键技术，具有以下显著优势：

1. 实现IPv4和IPv6互通：通过地址和协议转换，使得IPv6网络能够访问IPv4资源，反之亦然。
2. 简化迁移过程：允许组织逐步部署IPv6，无需立即更换所有设备和软件。
3. 保护现有投资：可以在不放弃现有IPv4基础设施的情况下，逐步过渡到IPv6。

然而，NAT64也存在一些局限性：

1. 可能影响网络性能：地址转换和协议转换会增加处理延迟。
2. 增加网络复杂性：需要额外的配置和管理，特别是在大规模网络中。
3. 兼容性问题：某些网络应用可能无法正常工作，特别是那些依赖于IP地址的应用。

NAT64技术在提供便利的同时，也带来了一些安全挑战：

1. 安全组支持有限：目前主要支持IPv4地址防护，对IPv6地址的防护能力有限。
2. 网络延迟增加：地址转换过程可能影响实时应用的性能。
3. 配置复杂性：需要合理配置安全策略，否则可能成为攻击者的突破口。

为了应对这些风险，可以采取以下措施：

1. 合理配置安全组：确保IPv4地址的安全防护到位。
2. 优化网络架构：通过负载均衡等技术减少延迟影响。
3. 持续监控和审计：定期检查NAT64设备的配置和日志，及时发现异常。

随着IPv6的普及率不断提高，NAT64将在过渡期发挥重要作用。然而，从长远来看，纯IPv6网络是发展趋势。NAT64作为过渡技术，最终将逐渐退出历史舞台。因此，企业和服务提供商在利用NAT64实现平滑过渡的同时，也应积极规划向纯IPv6环境的演进。

总结而言，NAT64技术是当前IPv4向IPv6过渡的重要桥梁，它通过地址和协议转换实现了两种网络的互通。虽然存在一些局限性和安全挑战，但通过合理的规划和防护措施，可以有效应对这些风险。随着IPv6基础设施的不断完善，我们有望迎来一个更加广阔和安全的互联网新时代。