RFC7599 MAP-T

本文介绍了一种解决无状态的IPv6-IPv4转换的解决方案，提供给共享和非共享的IPv4和IPv6网络互通的连接。

1、介绍：

最初的IPv6网络服务提供商，如RFC6219的部署所得到的经验，表明可以成功过度到IPv6，并且依然支持对于没有点对点双栈的残留IPv4用户。

本文介绍的地址+端口映射转换，缩写为（MAP-T）架构就是一种双重无状态，基于NAT64的解决方案。其建立在现有的[RFC6145]有状态NAT64的技术，还有[RFC7597]定义的有状态地址和传输层端口映射的MAP-E技术。MAP-T和MAP-E的区别是，MAP-T是IPv4-IPv6装换，而不是封装。

4、架构：

图1展示的是MAP-T的整体架构图。

• 一个MAP的CE，需要支持NAT44，将指定IPv4地址的特定TCP/UDP端口做NAT44的转换。
• 一个无状态的NAT64转换，允许将IPv4和一段端口范围映射到IPv6地址。
  
  每一个MAP-T的CE都被分配了一个常见的IPv6前缀，与之相结合的是MAP域的设定，及MAP程序，允许IPv4和IPv6的计算。CE还需要配置一个PSID，用于标识特定端口范围。
  每个CE负责将报文从私有IPv4地址空间转发到MAP域的IPv6网络。IPv4和IPv6的转换使用的是无状态的NAT64，通过MAP算法做地址转换。

MAP-T架构基于如下关键特性：
1、IPv4和IPv6地址映射编码为MAP rule，在第5节详述
2、MAP IPv6地址标识符，在第6节详述
3、MAP-T转发行为，在第8节详述

5、MAP 规则

MAP-T地址映射算法规则和MAP-ERFC7597 第5章节中的一致。区别是，本文定义了和MAP-T域外的IPv4地址进行转发的行为，而不是MAP-E规范中的章节5.4

5.1 目的地址在MAP域外

MAP节点发送出的IPv4数据流，源IPv4地址基于BMR算法转换成MAP域内的IPv6地址，目的地址是基于FMR规则得到。
MAP域外的IPv4地址，通过将IPv4嵌入IPv6地址，使用BR的前缀而得到。CE发送到这些地址的任何报文，源IP都需要改为CE在MAP域的地址，目的IP都改为嵌入入IPv4的IPv6地址。这个地址映射是基于DMR，定义为依据一个或多个BR的前缀得到，用于外部连接。一个典型的MAP-T CE会将上述规则配置为默认路由规则。一个BR会用该规则将外部IPv4地址翻译到IPv6域内。
DMR IPv6前缀长度默认必须为64bit，不能超过96bit。IPv4的映射默認情況下，IPv6前綴後面的目標將遵循/ 64 [RFC6052]的規則。IPv4后面的内容都填0。

摘自华为文档¹
DMR（可选规则）
BMR规则和FMR规则对于MAP-E和MAP-T均适用，但在DMR规则上，MAP-E和MAP-T是不同的：
MAP-T：DMR（Default Mapping Rule）代表报文的目的IPv4地址为MAP Domain域外的地址，通过BR进行转发到域外。DMR含有两个参数Rule-IPv6-prefix和Rule-IPv4-prefix。Rule-IPv6-prefix的值是MAP BR的IPv6前缀，Rule-IPv4-prefix值是0.0.0.0/0，即在MAP-CE上匹配IPv4路由时作为默认路由适用的映射规则。如下图所示，在使用这条规则后，目的IPv6地址将通过DMR配置的Rule-IPv6-prefix+目的IPv4地址组成目的IPv6地址。
图5-5 目的IPv6地址格式示意图

MAP-E：DMR（Destinations outside the MAP domain），更加明确的表征了规则的意义。由于MAP-E中是IPv6报头嵌套IPv4地址，因此对于报文中目的IPv4地址是MAP域外的地址，只需要再封装一层BR的IPv6地址即可，到达BR是直接剥掉IPv6报头就可以还原目的IPv4地址。因此在MAP-E中Destinations outside the MAP domain就是配置MAP-BR的IPv6地址。

6、IPv6接口标识符

接口标识符结构定义如下：

如果是用IPv4前缀，则从右填0补齐到32bit，PSID则从左填0补齐到16bit。
如果分配了IPv4-prefix或者独享的IPv4-address时，则没有Port-Set ID值可以提取，则此处的Port-Set ID字段填写“0x0000”。
如果终端用于的IPv6前缀长度超过64，接口标识符的高位被前缀覆盖。

7、MAP-T设定

对于特定的MAP域，CE和BR都必须配置如下参数，同一个MAP-T域内的参数都是一致的。

• BMR必须配置，FMR是可选的，包括规则的IPv6前缀，IPv4前缀，及嵌入地址的长度
• BR的IPv6前缀

7.1、MAP CE

同一个MAP-T域内的CE的MAP配置参数都一样，可以通过DHCPv6，或TR069，NETCONF，或手动配置。
除了MAP配置参数，CE还需要通过标准方式获取IPv6前缀，用于访问互联网。

8、MAP-T报文转发

8.1、CE端的IPv4 到IPv6

MAP-T CE收到IPv4报文后，应该执行NAPT44，并建立需要的NAT44的绑定。IPv4数据包以最长的IPv4目标地址为准+端口匹配MAP规则选择，然后确定参数用于后续的NAT64操作。
所有数据流默认都匹配DMR，并使用DMR参数做无状态的NAT64操作。
数据流匹配上FMR，则使用FMR参数做NAT64的操作。在所有的情况，CE的MAP ipv6地址做为源地址。

8.2、CE端的IPv6 到IPv4

MAP-T CE收到IPv6报文后，先执行常规的IPv6操作（过滤，路由等）。只有当报文地址是CE的MAP-T的IPv6地址，并且报文源地址能匹配上DMR或FMR的IPv6 MAP规则前缀，则使用最长匹配进行处理。
CE必须检查每个报文的传输层目的端口，是处在CE BMR配置范围内的白名单。
当收到的报文的源地址，匹配上了FMR中的前缀，CE还需要对源端口做检查，确认是否在配置的范围内。如果报文的源端口发现在允许的范围外，CE需要丢弃该报文，并发送ICMPv6（目的不可达）。CE NAT64函数需要计算IPv4源地址和目的地址。IPv4目的地址是从IPv6地址及BMR中存储的信息计算得到。
得到的IPv4报文随后经过CE做NAPT44的转发。比如路由表， 或nf_conntrack等。

10. 分片和路径发现

附录：MAP-T转换的例子

例子1、
BMR：
终端IPv6前缀：2001:db8:0012:3400::/56
BMR规则： {2001:db8:0000/40 （规则IPv6前缀 ）192.0.2.0/24 （规则IPv4前缀）16 （规则EA bit长度）}
PSID长度： （16-（32-24））=8，EA-bit长度 - Pv4后缀长度
PSID偏移：6
一个MAP节点，通过BMR，确定IPv4地址和端口如下：
EA bit偏移：40（前面是IPv6前缀）
IPv4后缀长度p：8
IPv4地址：192.0.2.18
PSID起始：40 + p = 40 + 8 = 48
PSID：0x34
可选的端口范围：6bit 0000 01 8bit 0011 0100 2bitM 00
1232-1235,2256-2259
BMR得到的源IPv6地址为：
2001:db80:0012:3400:0000:C000:0212:0034.
下图中的DEST-MAP-IPv6-addr有误。其他部分的计算是正确的。

例子2、BR：

例子3、
FMR（RFC上怀疑是写错了，应该是DMR）：
一台在MAP-T CE后面的IPv4主机，IPv4地址为10.2.3.4，会通过DMR将报文转换成IPv6：
DMR规则：{2001:db8:ffff::/64(IPv6规则前缀)， 0.0.0.0/0(IPv4规则前缀)}
IPv4源地址：192.0.2.18
IPv4目的地址：10.2.3.4
IPv4源端口：1232
IPv4目的端口：80
MAP-CE IPv6地址：2001:db8:0012:3400:0000:C000:0212:0034
IPv6目的地址为：2001:db8:ffff:0:000a:0203:0400:: 参考图5-5

例子4、
终端用户IPv6前缀：2001:db8:0012:3400::/56
BMR规则：{2001：db8:0012:3400::/56 IPv6前缀，192.0.2.1/32 IPv4前缀，0 EA-bit长度}
PSID长度：0 共享率为1
PSID偏移：N/A
MAP节点，根据BMR或FMR，决定IP和端口如下：
IPv6 suffix长度：32-32=0
IPv4地址：192.0.2.18
PSID起始：0
PSID长度：0
PSID：NULL
MAP CE出口的IPv6地址为：2001:db8:0012:3400:0000:C000:0201:0000

例子5、没有嵌入地址的规则，地址共享率为256
终端用户IPv6前缀：2001:db8:0012:3400::/56
BMR规则：{2001:db8:0012:3400::/56 IPv6前缀，192.0.2.18/32 IPv4前缀，0 EA-bit长度}
PSID长度：（16-（32-24））=8，共享率为256（由DHCPv6分配）
PSID偏移：6
PSID：0x20（由DHCPv6分配）
MAP节点，根据BMR或FMR，决定IP和端口如下：
IPv4后缀bit：32-32=0
IPv4地址：192.0.2.18
PSID起始：0
PSID长度：0
PSID：0x34
可用端口：1232~1235。。。
MAP CE的IPv6地址：2001:db8:0012:3400:0000:C000:0212:0034

MAT-master使用方法

ivictl -h
MAP netfilter device controller utility v1.0
Usage:  ivictl -r [rule_options]
        (used to insert a mapping rule)
        ivictl -s [start_options]
        (used to start MAP module)
        ivictl -q
        (used to stop MAP module)
        ivictl -h
        (used to display this help information)

rule_options:
        -p --prefix4 [PREFIX4/PLEN4]
                specify the ipv4 prefix and length
        -P --prefix6 [PREFIX6/PLEN6]
                specify the ipv6 prefix and length
        -z --psidoffset PSIDOFFSET
                specify the psid offset parameter in GMA
        -R --ratio RATIO
                specify the address sharing ratio in GMA
        -d --default
                specify the ipv4 prefix is '0.0.0.0/0' instead of using '-p 0.0.0.0 -l 0'
        -E --encapsulate
                specify the mapping rule is used for MAP-E
        -T --translate
                specify the mapping rule is used for MAP-T

start_options:
        -i --dev4 DEV4
                specify the name of ipv4 device
        -I --dev6 DEV6
                specify the name of ipv6 device
        -c --mssclamping MSS
                specify the reduced tcp mss value
        HGW mode:
                -H --hgw
                        specify that IVI is working as home gateway
                -N --nat44
                        specify that IVI HGW is performing NAT44
                -o --psid PSID
                        specify the local PSID of the HGW, default is 0
                -a --address [ADDRRESS/PREFIXLENGTH]
                        specify the ipv4 address and mask used by the HGW
                -A --publicaddr [PUBLICADDR/PUBLICPREFIXLENGTH]
                        specify the public ipv4 address and mask used by the HGW in NAT44 mode
                        always used with -N (--nat44)
                -P --prefix6 [PREFIX6/PLEN6]
                        specify the local IVI prefix and length used by the HGW
                -z --psidoffset PSIDOFFSET
                        specify the local psid offset parameter in GMA
                -R --ratio RATIO
                        specify the local address sharing ratio in GMA
                -X --noeabits
                        specify that the HGW doesn't use eabits to constitute the IPv6 address
                -E --encapsulate
                        specify that the HGW supports MAP-E mode
                -T --translate
                        specify that the HGW supports MAP-T

参考协议：
[RFC6145]
[RFC7597]

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1. https://support.huawei.com/enterprise/zh/doc/EDOC1100055154/4b836e27 ↩︎