IPv6的NAT原理是什么

IPv6的NAT原理是什么，针对这个问题，这篇文章详细介绍了相对应的分析和解答，希望可以帮助更多想解决这个问题的小伙伴找到更简单易行的方法。

在亿万互联网用户享受着Internet带来便利的同时，IPv4地址即将耗尽的问题却早在20年前就被网络专家们意识到了，并采取了措施延缓IPv4的消耗，这项措施就是NAT（网络地址转换）技术。NAT主要作用在于节约IP地址，而非所谓的增加IP的方向性以及隐藏私有IP，且IPv4的NAT打破了互联网本身的“互联”特性，使得一部分IP地址不再双向可达，NAT为无方向的IP协议增加了一个方向，特别是stateful的NAT类型。此时，IPv6时代已逐渐到来。

而IPv6的标准中不建议使用NAT，这是何缘由呢？我们已知IPv6地址数量巨大，只要在地球上，都可为蚂蚁配置IP设备，因此IPv4的一些修补手段将不再需要，为了保持协议本身以及相关标准的纯洁性，在IPv6中几乎不再建议使用NAT。虽然不再建议使用，但在某些必要情况下，还是可能需要实现IPv6的NAT。在RFC6296的标题是IPv6-to-IPv6 Network Prefix Translation中，描述了IPv6下的NAT的实现要点，给出了一个合理的建议，既保持了IP的无方向性，又可以满足NAT的语义，这就是IPv6之NAT stateless的缘由。

IPv6地址有将近128个可随意调配的位，其庞大的地址空间，一般的单位都会被分配到一个拥有很大量地址的网段，此网段拥有足够多的地址来和内网主机进行映射，即可用于映射的IP地址池容量巨大，且既然不想再使用非IP层的信息来保持信息，又要保持映射，那就要用纯IP层的信息，这样对上层影响最小。对于IPv6而言，NAT利用checksum算法来保持流标识信息，丝毫不管这个checksum是谁的checksum，因为它根本就不改变数据包的checksum...

接下来给大家讲解一下checksum无关性和自动转换，就是考虑a+b+c+d=X。其中X就是checksum，我们把a，b当成源IP地址的两部分，c，d当成目的IP地址的两部分，我们作源地址转换，将a和b都改变，比如a改变成了A，那么将b改成多少才能保持checksum的值X不变，求解即可。IPv6的建议NAT实现亦是上文这个原理，只是将其换为计算机布尔数域求解。既然可以不触动第四层的checksum值，那么NAT对第四层协议的影响也就减小了，虽然它还是解决不了诸如ESP/AH等穿越NAT的问题。基于以上算法，IPv6在做NAT的时候，在给定的子网网段内，可以自动生成一个新的IP地址供映射之用，从算法本身来看，冲突的可能性非常之小致于0。

既然IPv6的NAT机制“自动”为一个连接选择了一个IP地址，那么当返回包到来的时候，如何把地址转换为原地址呢？IPv6的NAT把地址“转换回去”这件事完全靠算法本身，而算法本身就能将转换后的地址再转回原来的，具有解的唯一性，在IPv6的NAT实现中，算法只针对IP地址中16位的地址信息进行自动生成，而其它的则需要手工显式配置，由于内网IPv6地址可以使用MAC地址映射成唯一的地址，且转换后的地址是唯一的，将这一切反过来，最后还是能映射回原始的IP地址的。

如果抛开地址转换这一说，仅仅考虑算法本身，那还是可以给出一个实际可以运行的代码的，该代码使用了计算checksum的算法：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

//以下2个函数就是计算校验码的，具体的原理请参RFC1071/RFC1624/RFC1141。

static inline u_int16_t add16(

    u_int16_t a,

    u_int16_t b)

{

    a += b;

    return a + (a < b);

}

static inline u_int16_t csum16(const u_int16_t *buf, int len)

{

    u_int16_t csum = 0;

    while(len--) csum = add16(csum, *buf++);

    return csum;

}

int main(int argc, char **argv)

{

    u_int16_t buf[18] = {0};

    int i = 0;

    memcpy(buf, "efghhijk", 8);

    memcpy(buf+4, "12345678", 8);

    memcpy(buf+8, "xxyywert", 8);

    memcpy(buf+12, "zxcvkljh", 8);

    //正确做法是打印16进制数据，此处为了简单，打印了字符串

    printf("原始数据：%s  长度：%d\n", (char*)buf, strlen((char*)buf));    

    printf("原始数据的校验码：%X\n", csum16(buf, 16));    

    u_int16_t tip[3] = {0};

    memcpy(tip, "#$!%", 4);

    u_int16_t tip_sum = csum16(tip, 2);

    printf("\nNAT规则： efghhijk1234/12 -〉efghhijk#$!%/12\n\n");

    printf("固定从第9个字节开始修改4个字节为：%s 其校验码为：%X\n", (char*)tip, tip_sum);

    //定位固定修改后的动态修改的初始地址，注意，我们仅仅修改16位信息

    u_int16_t* pcsum = buf + 4+2;  

    //计算动态修改的值

    *pcsum = ~add16(

        add16(

            ~(*pcsum),

            ~csum16(buf+4, 2)

        ),

        tip_sum

    );

    printf("动态修改的值为：%X\n", *pcsum);

    memcpy(buf+4, tip, 4); //完成修改

    printf("当前数据：%s  长度：%d\n", buf, strlen((char*)buf));    

    printf("当前校验码：%X\n", csum16(buf, 16));    

    printf("-------------以下是还原操作-------------\n");

    printf("\n反向NAT规则： efghhijk#$!%/12 -〉efghhijk1234/12\n\n");

    u_int16_t tip2[3] = {0};

        memcpy(tip2, "1234", 4);

    printf("我们只需要记住原始数据被固定修改前的：%s\n", tip2);

    u_int16_t tip_sum2 = csum16(tip2, 2);

    u_int16_t* pcsum2 = buf+6;

    *pcsum2 = ~add16(

        add16(

            ~(*pcsum2),

            ~csum16(buf+4, 2)

        ),

        tip_sum2

    );

    //还原

    memcpy(buf+4, tip2, 4);

    printf("原始数据：%s\n", (char *)buf);

    printf("原始校验码：%X\n", csum16(buf, 16));    

}

运行结果如下：

把以上的原理套用在IPv6的NAT上，就是一种实现。

关于IPv6的NAT原理是什么问题的解答就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，如果你还有很多疑惑没有解开，可以关注亿速云行业资讯频道了解更多相关知识。