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1. 概述

在 IPv4 和 IPv6 网络共存的过渡期,NAT64(Network Address Translation 64)是一种关键技术,用于实现 IPv6-only 网络与 IPv4-only 网络的互操作。NAT64 前缀转换通过将 IPv4 地址嵌入到 IPv6 地址中,允许 IPv6 单栈主机访问 IPv4 网络资源。这种机制在 IPv6 过渡的后期阶段尤为重要,适用于 IPv6 占主导地位的网络环境。

NAT64 前缀转换的核心是将 IPv4 地址(32 位)嵌入到一个 IPv6 地址(128 位)中,使用特定的前缀和规则生成对应的 IPv6 地址。这种嵌入方式由 RFC 6052(“IPv6 Addressing of IPv4/IPv6 Translators”)定义,支持多种前缀长度(/32、/40、/48、/56、/64、/96),并允许灵活的地址表示形式。


2. NAT64 前缀概述

NAT64 前缀是用于构造 IPv4 节点在 IPv6 网络中的地址的前缀,长度可以是 32、40、48、56、64 或 96 位。这些前缀分为两种类型:

  • 网络特定前缀(NSP, Network-Specific Prefix):由组织分配,通常是组织 IPv6 前缀的一个子网,长度可以是上述任意值。
  • 公认前缀(WKP, Well-Known Prefix):固定为 64:ff9b::/96,只能使用 96 位前缀格式。

NAT64 前缀生成的 IPv6 地址用于 IPv6 主机与 IPv4 主机通信,但网络中的主机不会直接使用带有 NAT64 前缀的 IPv6 地址。这些地址主要由 NAT64 设备(如网关)用于地址转换和路由。


3. NAT64 前缀的地址格式

根据 RFC 6052,IPv4 嵌入的 IPv6 地址由以下部分组成:

  • 前缀部分:长度为 32、40、48、56、64 或 96 位,表示网络标识。
  • IPv4 地址部分:32 位,直接嵌入到 IPv6 地址的特定位置。
  • 保留位:在某些前缀长度下(例如 /32、/40、/48、/56),地址的第 64 位到 71 位(即第 5 段的第 0 位到第 7 位)必须设置为 0,作为保留位。
  • 填充位:在某些前缀长度下,可能需要额外的填充位(通常为 0)来补齐 128 位。

RFC 6052 定义了不同前缀长度下 IPv4 地址的嵌入位置,具体格式如下(参考 RFC 6052 Figure 1):

注意事项
  1. 保留位要求:对于 /32、/40、/48、/56 前缀,第 64 位到 71 位必须设置为 0,以确保地址格式的标准化。
  2. /96 前缀的特殊性:只有 /96 前缀允许直接使用点分十进制的 IPv4 地址表示,其他前缀必须使用十六进制。
  3. 地址简化规则IPv6 地址可以省略前导零和连续的全零段(用 :: 表示,但只能使用一次)。例如,2001:db8:122:344:0:0:192.0.2.33 可简化为 2001:db8:122:344::192.0.2.33。
  4. 应用场景:NAT64 前缀转换常用于 IPv6 单栈网络访问 IPv4 资源,配合 DNS64 解析 IPv4 地址到 IPv6 地址。
4. IPv4 地址嵌入规则

根据前缀长度,IPv4 地址的 32 位被嵌入到 IPv6 地址的不同位置。以下是具体规则和示例(以 IPv4 地址 192.0.2.33 为例):

2、示例

IPv6 前缀

IPv4 地址

嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址

2001:db8::/32

192.0.2.33

2001:db8:c000:221::

2001:db8:100::/40

192.0.2.33

2001:db8:1c0:2:21::

2001:db8:122::/48

192.0.2.33

2001:db8:122:c000:2:2100::

2001:db8:122:300::/56

192.0.2.33

2001:db8:122:3c0:0:221::

2001:db8:122:344::/64

192.0.2.33

2001:db8:122:344:c0:2:2100::

2001:db8:122:344::/96

192.0.2.33

2001:db8:122:344::192.0.2.33

1. 前缀:2001:db8::/32
  • 嵌入结果:2001:db8:c000:221::

  • 完整形式:2001:0db8:c000:0221:0000:0000:0000:0000

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,0221 简化为 221。

    • 最后四段连续全零段(0000:0000:0000:0000)用 :: 替换,且 :: 只能使用一次。

  • 位分配

    • 0-31 位(前缀):2001:db8(32 位)。

    • 32-63 位(IPv4 地址):c000:0221,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192.0 → c000,2.33 → 02:21)。

    • 64-71 位(保留位):设置为 00(第 5 段高 8 位)。

    • 72-127 位(填充位):全为 0(第 5 段低 8 位到第 8 段)。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的十六进制表示为 c0.00.02.21(192 → c0,0 → 00,2 → 02,33 → 21),嵌入到第 3 和第 4 段,形成 c000:0221。

2. 前缀:2001:db8:100::/40
  • 嵌入结果:2001:db8:1c0:2:21::

  • 完整形式:2001:0db8:01c0:0002:0021:0000:0000:0000

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,01c0 简化为 1c0,0002 简化为 2,0021 简化为 21。

    • 最后三段连续全零段(0000:0000:0000)用 :: 替换。

  • 位分配

    • 0-39 位(前缀):2001:db8:1(40 位,第 3 段高 8 位)。

    • 40-71 位(IPv4 地址):c0:0002:0021,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192 → c0,0.2 → 0002,33 → 0021)。

    • 72-79 位(保留位):设置为 00(第 5 段高 8 位)。

    • 80-127 位(填充位):全为 0(第 5 段低 8 位到第 8 段)。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的 32 位被拆分为三部分(8 位 + 16 位 + 8 位),嵌入到第 3 段低 8 位(c0)、第 4 段(0002)、第 5 段高 8 位(0021),形成 1c0:2:21。

3. 前缀:2001:db8:122::/48
  • 嵌入结果:2001:db8:122:c000:2:2100::

  • 完整形式:2001:0db8:0122:c000:0002:2100:0000:0000

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,0122 简化为 122,0002 简化为 2。

    • 最后两段连续全零段(0000:0000)用 :: 替换。

  • 位分配

    • 0-47 位(前缀):2001:db8:122(48 位)。

    • 48-79 位(IPv4 地址):c000:0002:2100,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192.0 → c000,2 → 0002,33 → 2100)。

    • 80-87 位(保留位):设置为 00(第 6 段高 8 位)。

    • 88-127 位(填充位):全为 0(第 6 段低 8 位到第 8 段)。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的 32 位被拆分为三部分(16 位 + 8 位 + 8 位),嵌入到第 4 段(c000)、第 5 段(0002)、第 6 段高 8 位(2100),形成 c000:2:2100。

4. 前缀:2001:db8:122:300::/56
  • 嵌入结果:2001:db8:122:3c0:0:221::

  • 完整形式:2001:0db8:0122:03c0:0000:0221:0000:0000

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,0122 简化为 122,03c0 简化为 3c0,0221 简化为 221。

    • 最后两段连续全零段(0000:0000)用 :: 替换。

  • 位分配

    • 0-55 位(前缀):2001:db8:122:3(56 位,第 4 段高 8 位)。

    • 56-87 位(IPv4 地址):c0:0000:0221,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192 → c0,0 → 0000,2.33 → 0221)。

    • 88-95 位(保留位):设置为 00(第 6 段高 8 位)。

    • 96-127 位(填充位):全为 0(第 6 段低 8 位到第 8 段)。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的 32 位被拆分为三部分(8 位 + 16 位 + 8 位),嵌入到第 4 段低 8 位(c0)、第 5 段(0000)、第 6 段高 8 位(0221),形成 3c0:0:221。

5. 前缀:2001:db8:122:344::/64
  • 嵌入结果:2001:db8:122:344:c0:2:2100::

  • 完整形式:2001:0db8:0122:0344:00c0:0002:2100:0000

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,0122 简化为 122,0344 简化为 344,00c0 简化为 c0,0002 简化为 2。

    • 最后一段全零(0000)用 :: 替换。

  • 位分配

    • 0-63 位(前缀):2001:db8:122:344(64 位)。

    • 64-95 位(IPv4 地址):00c0:0002:2100,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192 → 00c0,0.2 → 0002,33 → 2100)。

    • 96-127 位(填充位):全为 0(第 7 段低 8 位到第 8 段)。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的 32 位被拆分为三部分(8 位 + 8 位 + 16 位),嵌入到第 5 段(00c0)、第 6 段高 8 位(0002)、第 6 段低 8 位和第 7 段高 8 位(2100),形成 c0:2:2100。

6. 前缀:2001:db8:122:344::/96
  • 嵌入结果:2001:db8:122:344::192.0.2.33

  • 完整形式:2001:0db8:0122:0344:0000:0000:c000:0221

  • 简写规则

    • 每段前导零省略,例如 0db8 简化为 db8,0122 简化为 122,0344 简化为 344。

    • 第 5 和第 6 段连续全零(0000:0000)用 :: 替换。

    • 根据 RFC 6052 第 2.4 节,最后 32 位(第 7 和第 8 段)直接使用 IPv4 地址的点分十进制形式 192.0.2.33,而非十六进制 c000:0221。

  • 位分配

    • 0-95 位(前缀):2001:db8:122:344:0:0(96 位)。

    • 96-127 位(IPv4 地址):c000:0221,对应 IPv4 地址 192.0.2.33(192.0 → c000,2.33 → 0221),但表示为 192.0.2.33。

  • IPv4 映射:192.0.2.33 的 32 位直接占用第 7 和第 8 段(c000:0221),但 RFC 6052 允许使用点分十进制形式 192.0.2.33,形成 x:x:x:x:x:x:d.d.d.d 格式,提高可读性。


特殊说明:/96 前缀的点分十进制表示

对于 /96 前缀,IPv4 地址的 32 位直接占用 IPv6 地址的最后 32 位(第 7 和第 8 段)。RFC 6052 第 2.4 节明确规定,IPv4 地址可以以点分十进制形式表示(d.d.d.d),形成 x:x:x:x:x:x:d.d.d.d 的格式。这种表示方式:

  • 提高可读性:直接使用 IPv4 的点分十进制形式(如 192.0.2.33)比十六进制(如 c000:0221)更直观。
  • 简化转换:在 NAT64 场景中,设备可以直接解析点分十进制部分,减少地址转换的复杂性。
  • 适用场景:常用于 NAT64 和 DNS64 环境,方便 IPv6 主机访问 IPv4 资源。

公认前缀(WKP)

  • WKP 为 64:ff9b::/96,固定使用 /96 前缀。
  • 示例:IPv4 地址 192.0.2.33 嵌入 WKP 后为 64:ff9b::192.0.2.33。
    http://www.dtcms.com/wzjs/277696.html

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