问题描述

当 IPv4 网络的节点需要直接与 IPv6 网络的节点进行通信时，默认情况下是行不通的，因为两个协议栈无法兼容；

解决方案

但是借助一台设备，由该设备来实现 IPv6 与 IPv4 的互转，那么上述通信就可以实现。NAT64 是一种将 IPv6 网络地址转换成 IPv4 网络地址的 NAT 技术；

原理简述

要进行 NAT64 处理的报文前缀需要提前被定义。简而言之，通过在 NAT64 Router 上预先配置 NAT64 Prefix，然后 NAT64 Router 判断数据 IP-Packet.DST-IPv6-ADDR 是否匹配 NAT64 Prefix，以此决定是否进行地址转换；

针对设备接收到的 IPv6-Packet 的 Prefix 信息：
1）若为设备中定义的 NAT64 Prefix，说明报文的目的地址是 IPv4 网络，报文将经过 NAT64 处理后被转发至 IPv4 网络；
2）若非设备中定义的 NAT64 Prefix，说明报文的目的地址是 IPv6 网络，报文将不经过 NAT64 处理，直接被转发至 IPv6 网络；

特性特征

WIP

应用场景

IPv6 网络用户，访问 IPv4 网络服务器的应用场景；
1）在向 IPv6 网络演进的前期，运营商为用户提供 IPv6 单栈接入能力，而很多 Internet 服务器还是 IPv4 的，不具备双栈能力。这种情况下，运营商提供 NAT64 设备，使 IPv6 单栈用户可以访问 IPv4 服务器；
2）该场景下，运营商只为用户分配 IPv6 地址，NAT64 设备支持双栈，纯 IPv6 的访问通过 IPv6 路由来实现；而 IPv6 访问 IPv4 业务通过 NAT64 映射技术来完成；
3）当 IPv6 用户较少且 IP 地址固定时，可以通过静态 NAT64 映射实现 IPv6 访问 IPv4 业务；当网络中存在大量 IPv6 用户且 IP 地址不固定时，可以通过动态 NAT64 映射实现 IPv6 访问 IPv4 业务；

IPv4 网络用户，访问 IPv6 网络服务器的应用场景；
1）在向 IPv6 网络演进的后期，许多服务提供商已经开始提供 IPv6 服务。而 Internet 上还有很多 IPv4 单栈用户存在，为了保留住用户，服务提供商提供 NAT64 设备，使 IPv4 单栈用户可以访问服务器；
2）该场景下，服务提供商只为服务器分配 IPv6 地址，接入设备不需要升级。NAT64 设备部署在出口，必须支持双栈，其中纯 IPv6 的访问通过 IPv6 路由来实现；而 IPv4 对 IPv6 的访问通过静态 NAT64 映射技术来完成；

转换类型

NAT64 分类：

基于 PAT 方式的 NAT64 转换：
NAT64 过程中对于地址和端口同时进行转换操作，[IPv6 地址，端口]与[IPv4 地址，端口]相互映射。即，转换前后的地址是多对一的关系，多个 IPv6 地址可以转换成同一个 IPv4 地址（映射关系通过端口的不同来区分）。该方式是常用的 NAT64 转换方式；

基于 NO-PAT 方式的 NAT64 转换：
NAT64 过程中对于地址进行转换操作，不对端口进行转换操作，[IPv6 地址]与[IPv4 地址]相互映射。即，转换前后的地址是一对一的关系；

NAT64 Prefix

Router 通过判断 IPv6.DST-ADDR 是否匹配 NAT64 Prefix 来初步判断是否对该 IPv6 报文进行 NAT64 处理；

前缀分类

NAT64 前缀分为两种形式：

1）知名前缀：即 64:FF9B::/96，缺省情况下已存在，无需配置（可理解为预配）；

2）自定义前缀：前缀长度为 32、40、48、56、64 或 96；

根据前缀长度不同，IPv4-ADDR 嵌入 IPv6-ADDR 时，嵌入的位置存在差异，具体差异如图所示；
1）PL（Prefix Length）表示前缀长度；
2）U：为保留位，8 bit，取值必须为 0；
3）Suffix：表示后缀，可以任意取值，设备不处理该字段；
4）v4：即内嵌到 IPv6-ADDR 中的 IPv4-ADDR；

以 IPv4-ADDR=192.168.0.1、NAT-Prefix=2001:DB8::/64 为例，该 IPv4-ADDR 对应的 IPv6-ADDR 为 2001:DB8:::A800:100:0；
当配置 DNS64 服务时，需要确保 NAT64 Prefix（及前缀长度）要与 NAT64 设备上的配置相同，以保证能够完成 DNS 请求；

动态 NAT64 映射

当网络中存在大量 IPv6 用户且 IP 地址不固定时，IPv6 用户访问 IPv4 Server，报文到达设备后，设备会将 IPv6 地址动态转换为地址池中的 IPv4 地址，并将 IPv6 报文转换为 IPv4 报文，发送给 IPv4 Server，实现 IPv6 用户访问 IPv4 业务；

动态 NAT64 映射流程

IPv6 单栈用户发起远端服务的 AAAA DNS 请求（example.com）；

DNS64 收到请求报文后，先解析 AAAA 请求，如果解析不到 IPv6 地址，再解析 A 请求，通过解析发现此服务地址为 IPv4 地址（1.1.1.1），根据配置的 Prefix64::/n（64:FF9B::/96），合成 NAT64 地址（64:FF9B::101:101），然后发给用户，完成地址解析；

用户收到 DNS64 的回复报文后，把解析的地址作为目的地址发往远端服务器；

NAT64 设备收到用户发出的 IPv6 报文后，使用地址转换算法提取出 IPv6 报文中的 IPv4 地址（1.1.1.1），以此 IPv4 地址作为 IPv4 报文的目的地址。然后根据 NAT64 策略配置的映射关系，以 NAT 地址池中的地址为 IPv4 报文的源地址（2.1.1.10），将 IPv6 报文转换为 IPv4 报文，发送给 IPv4 网络中的服务器。并生成有地址对应关系的会话表；

IPv4 服务器收到报文后，回复响应报文；

NAT64 设备收到 IPv4 网络中服务器的响应报文后，根据会话表将 IPv4 报文转换为 IPv6 报文，然后发送至 IPv6 用户；

Session Table

在此场景中：
1）NAT64 设备通过 IPv6 到 IPv4 的流量触发创建会话表，并记录地址映射关系；
2）IPv4 到 IPv6 的流量匹配会话表后，查找地址映射关系进行反向回复；

NAT64 Firewall 的 Session Table：

静态 NAT64 映射

静态 NAT64 通过静态配置 IPv6 和 IPv4 地址的映射关系，不需要刷新也不老化，一直存在。这样 IPv6 到 IPv4 以及 IPv4 到 IPv6 的流量都能够触发创建会话表，这不仅可以实现 IPv6 用户访问 IPv4 服务器，也为 IPv4 用户访问 IPv6 服务器提供了一种方案；
IPv6 用户访问 IPv4 业务时，设备将报文的目的 IPv6 地址静态映射为 IPv4 地址；IPv4 用户访问 IPv6 业务时，设备将报文的目的 IPv4 地址静态映射为 IPv6 地址；

静态 NAT64 映射流程

IPv4 用户向 DNS 发起 A 请求（example.huawei.com）。

DNS 收到请求报文后，解析域名对应的 IPv4 地址 2.1.1.10（A 请求如果无法解析 IPv4 地址，报文将丢弃。此场景中，域名与地址关系一般已经提前在 DNS 设定好），然后发送回复报文给用户。

用户收到 DNS 的回复报文后，把解析的地址作为目的地址发往远端服务器。

NAT64 设备收到用户发出的 IPv4 报文后，根据事先设置好的静态映射关系（会生成 Server-Map 表），把报文的目的 IPv4 地址转换成对应的 IPv6 地址 2001:DB8::2，以此 IPv6 地址作为 IPv6 报文的目的地址，把 IPv4 报文的源 IPv4 地址与设置好的 NAT64 前缀合成 IPv6 报文的源地址（64:FF9B::101:101），完成 IPv4 报文到 IPv6 报文的转换，发送给 IPv6 网络中的服务器。并生成会话表。

服务器收到报文后，回复响应报文。

NAT64 设备收到 IPv6 网络中服务器的响应报文后，根据会话表将 IPv6 报文转换为 IPv4 报文，然后发送至 IPv4 用户；

Session Table

NAT64 Firewall 的 Session Table：

配置案例

TODO !!! NETWORK IPv6 Transition / NAT64