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。