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NAT-PT技术在IPv4和IPv6互联中的实现

gecimao 发表于 2019-05-05 01:29 | 查看: | 回复:

  的推广普及需吸引大量普通网络用户,仅靠IPv6网络的优异性能是不够的,还需建立大量的可用资源,在短时间内是不可能的。而与IPv6网络的资源共享,这不仅增加了IPv6网络对用户的吸引力,并具有较高的经济和应用价值。

  NAT-PT在Linux协议栈中所处的位置如图1所示,整个NAT-PT模块由3部分构成,NAT维护映射表和地址池,其中DNS-ALG处于应用层,而NAT和PT处于IP层,工作在Linux内核,但NAT和PT只是在一个Linux内核模块工作,整个NAT-PT网关是一个包含NAT-PT功能的 Linux系统。

  图2为NAT-PT的功能结构图。NAT负责IPv4和IPv6地址的映射转换,如存储并维护IPv4地址池;为将要建立的连接选择合适的地址;保持同一通信期间IPv4到IPv6地址的映射、维护。PT负责在两种版本的协议之间进行转换,主要工作是在IP报头的对应字段,根据IPv4和IPv6在语义上的不同定义进行转换,并对上层协议进行适当的转换(如TCP、UDP及ICMP),从而构建新的数据包。应用级网关ALG负责转换负载中包含IP地址的典型应用,其中DNS-ALG是双向NAT-PT必须具备的功能。

  (1)从IPv4到IPv6的通信当IPv4主机B初次与IPv6主机A通信时,首先向本地网络的DNS服务器发送一个对A名字的查询请求,此请求记录是“A”,本地DNS服务器无此名字记录,此查询通过NAT-PT转交,则被DNS-ALG截获,然后将“A”记录改为“AAAA”记录,并直接将转换后的查询记录递交给IPv6网络的 DNS服务器,IPv6的DNS服务器返回:

  DNS-ALG将该应答截获,并将“AAAA”记录改为“A”记录,同时在地址映射表中查找此IPv6地址的映射地址,如果有,则直接用映射的IPv4地址替换DNS应答中的IPv6地址,并返回应答给IPv4主机B;如果没有,则向NAT模块请求分配一个映射地址给此IPv6地址,NAT确认映射表中没有关于此IPv6地址的映射表项后,在地址池中分配一个空闲的IPv4地址(比如202.115.9.249)映射给该IPv6地址,并在映射表中添加此绑定表项,最后把分配的IPv4地址返回给DNS-ALG,这时候DNS应答变为:

  此数据包被路由器转发给NAT-PT,协议翻译模块PT转换源包的IP报头和TCP校验,在源地址前添加IPv6前缀,转换为IPv4映射的IPv6地址,并根据NAT地址映射表中202.115.9.249与2001:250:2000:3::3的映射关系,将包翻译为:源地址=2001:250: 2000:3::202.1 15.8.3,源TCP端口=1 025;目的地址=2001:250:2000:3::3,目的TCP端口=80。

  这样,IPv4主机B可以与IPv6主机进行通信。对于在此映射表项生存期内的后续通信,将继续利用此表项,映射表项超时后将被删除,映射表项超时机制的引入一是为了释放地址资源和内存,另外还可以减少拒绝服务攻击(DoS)的风险。

  (2)从IPv6到IPv4的通信IPv6主机可以从IPv4网络中的DNS服务器获得:IPv4主机的名字解析,但如果在IPv6DNS服务器中缓存适当的。IPv4主机的名字解析表,则可以提高通信的效率,这样,IPv6主机就可以从本地的IPv6 DNS服务器获得关于IPv4主机的名字解析。如果IPv6DNS服务器采用上述方案,则:在图3中,若IPv6主机A试图与IPv4主机B建立通信,则 A首先发送一个对IPv4主机B的名字查询请求到本地IPv6网络的DNS服务器,这个请求记录为“AAAA”或“A6’记录,由于主机B可能在本地 DNS有IPv4地址或IPv6地址映射,DNS-ALG将把此“AAAA”或“A6”查询不加修改地转交给本地DNS,若本地DNS应答返回的是一个 “AAAA”或“A6”记录,那么DNS-ALG将把此应答不作修改地返回给IPv6主机A。若DNS返回一个“A”记录,即:

  DNS-ALG则对应答返回的IPv4地址进行修改,在IPv4地址前面加上IPv6前缀,变为:

  如果IPv6 DNS服务器中没有缓存IPv4主机的名字解析表,则DNS-ALG将把该“AAAA”或“A6”请求记录修改为“A”记录,并将转换后的名字解析请求转发给IPv4网络的DNS服务器,则IPv4网络的DNS服务器返回如下应答:

  至此,名字解析成功。仅仅这样IPv6主机还无法与IPv4主机建立通信,还须将IPv6主机源地址修改为IPv4地址,NAT-PT的PT模块截获了主机A的名字查询请求后将在地址映射表中查询是否有与该IPv6地址匹配的IPv4地址绑定,若没有,NAT将在IPv4地址池中分配一个空闲的IPv4地址(比如202.115.9.249)映射给该IPv6地址,并在映射表中添加此绑定表项,此时,IPv6主机A就可以与IPv4主机B建立通信。

  IPv6主机A发送的数据包被路由器转发给NAT-PT,协议翻译模块PT转换源包的IPv6报头和TCP校验,并根据NAT地址映射表中202. 115.9.249与2001:250:2000:3::3的映射关系,将数据包翻译成:源地址=202.115.9.249,源TCP端口=1 025;目的地址=202.115.8.3.目的TCP端口=80。这样,IPv6主机A可与IPv4主机B通信。映射表项生存期内的后续通信,将继续利用此表项,映射表项超时后删除。

  由于IPv4资源丰富,而IPvr6资源很少,如果能实现IPv6/IPv4网络的互操作,使 IPv6网络中的主机能够访问IPv4网络资源,从而减小网络升级成本,加快IPv6的推广普及,因此必须研发IPv4/IPv6转换网关。NAT-PT 方案可实现IPv4与IPv6的双向通信功能。利用NAT-PT技术设计IPv4/IPv6转换网关,并对其测试,从而实现IPv4与IPv6的双向通信。

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