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PFでNAT64 - OpenBSD 5.1

NAT64とは、DNS64と組み合わせることにより、IPv6 onlyネットワークからもIPv4のサービスにアクセスできるようにする機能のこと。これをサーバ上で実現する方法としては、

がある。今回はPF (OpenBSD 5.1)を使った。
以下、上記それぞれについて少々。

linuxnat64

linuxnat64はちょっと前までsourceforgeから利用可能だったみたいですが、今はなくなってしまいました。探してみたところ、簡単には見つからないみたいです。私は、知り合いからソースコードを貰いました。少なくとも、Ubuntu 10.04.3 x64では動くみたいです。

Ecdysis (linux)

Ecdysis: open-source nat64から利用可能です。ただ、ネット上や知人からの情報だと、linuxではうまく動かない(tcp seqがずれたり、chksumがおかしかったりpayloadが壊れたり)という噂を聴いたので不安になりました。
実際にインストールしてみたところだと、はじめはping6は通るけど、wgetが時々失敗するという現象に遭遇しました。しばらくすると安定して動き始めたのですが、不具合の原因はいまいちわかっていません。うまく動くこともあるようです。

Ecdysis (pf patch for OpenBSD 4.6)

すでにkernel patch済なisoがEcdysis: open-source nat64の最下にあります。これは導入しやすそうな気がしますが、試していません。

Tayga

これはstatelessなNAT64で、今回の要件にマッチしていないので使いませんでした。stateless NATというのは、変換前のIPアドレスと変換後のIPアドレスが1対1対応するとかなんだかそういう感じだったと思います。

PF (OpenBSD 5.1)

聞いたところによると、Ecdysisの開発者がコードを書きなおしてOpenBSDカーネルに機能をマージしたものらしい。スマート。設定は簡単。今回使ったのはこれ。

NAT64の設定

OpenBSD 5.1のセットアップ

インストーラisoはOpenBSD: Mirrorsから辿ると落とせます。私は、http://ftp.jaist.ac.jp/pub/OpenBSD/5.1/amd64/のinstall51.isoを使いました。
OpenBSD FAQ: Installation Guideこのへんでも見るといいです。インストーラの指示に従うだけですが、Ubuntuしかインストールしたことない人にとってはちょっと難しいかもしれません。
この辺はもしかすると少しはわかりやすいかもしれない。OpenBSDのインストール方法詳細メモ(1) - 情報科学屋さんを目指す人のメモ(FC2ブログ版)

NICの設定

用意すべきは

  • 1つ以上のNIC
  • IPv6アドレス
  • IPv4アドレス
  • prefix長が96以下のIPv6 prefix

です。これらが確保できたら、 /etc/hostname. を編集してIPアドレス等の設定をします。
は該当するインターフェース名です。(e.g. bnx0, em0)

# vi /etc/hostname.em0

inet 192.0.43.10 255.255.240.0
inet6 2001:500:88:200::10 64
!route add -net default 192.0.43.1
!route add -inet6 default 2001:500:88:200::1

192.0.43.10はNAT64をするマシンのIPv4アドレス
2001:500:88:200::10はそのIPv6アドレス
192.0.43.1はNAT64マシンがいるセグメントのdefault gateway
2001:500:88:200::1もdefault gateway
意味を考えて、適宜自分の環境にあわせて読み替えてください。
/etc/hostname.の編集が終わったら、

# /etc/netstart

で設定を反映。

pfの設定

デフォルトでは/etc/pf.confが設定ファイルです。

# vi /etc/pf.conf

これに以下のような行を追加してください。

# nat64
pass in quick inet6 to 2001:500:88:200::10
pass in quick inet to 192.0.43.10
pass in inet af-to inet6 from 2001:500:88:200::10 to 2001:500:88:ff64::/96
pass in inet af-to inet6 from 2001:500:88:200::10
pass in inet6 af-to inet from 192.0.43.10 to 0.0.0.0/0
pass in inet6 af-to inet from 192.0.43.10

ただし、これをやると他のインターフェースにも影響を与えるかもしれないので、

set skip on em1

でルール適用除外したり、af-toルールの適用条件に on em0 加えるなどして調整してください。
各行の意味は、

  1. 64変換すべきではない、自分(NAT64マシン)宛のパケットは自分の方に受理してあとの64変換ルールを適用しない
  2. 同上
  3. 2001:500:88:200::10に設定されたインターフェースに2001:500:88:ff64::/96宛のパケットが届いたら、宛先アドレスの下位32ビットからIPv4アドレスを取り出し、そのIPv4アドレス宛てのパケットへと変換する(NAT64の動作)
  4. ようわからん
  5. 192.0.43.10に設定されたインターフェースに届いたパケットの送信IPv4アドレスを2001:500:88:ff64::の下位32ビットに埋め込み、IPv6パケットにに変換する(NAT64の動作)。
  6. ようわからん。

ちなみに、2001:500:88:ff64::/96はNAT64の変換用プレフィックス
こんな感じで動いています。af-toっていうのが肝心ですね。私にはよくわかっていない部分もあります。
気になる人は、OpenBSD manual pagesでも見てください。


2013/02/24 追記
現在検証したところ, pf.confはもっとシンプルに書けるようです。

# vi /etc/hostname.em0

inet6 2001:0DB8:100::2 64

# vi /etc/hostname.em1

inet 192.0.2.2 255.255.255.240

# vi /etc/pf.conf

pass in quick inet to 192.0.2.2
pass in quick inet6 to 2001:0DB8:100::2
pass in inet6 from any to 2001:0DB8:64::/96 af-to inet from 192.0.2.64/28 to 0.0.0.0/0

この例では, nat64マシンの

  • IPv4アドレスが192.0.2.2/28
  • IPv6アドレスが2001:0DB8:100::2/64
  • nat64変換先IPv4アドレスプールが192.0.2.64/28
  • nat64変換元IPv6プレフィックスが2001:0DB8:64::/96

という条件下でnat64トランスレーションを行なっています。

/etc/pf.confの各行の意味は,

  1. IPv4アドレス宛のパケットには変換ルールを適用せずにnat64マシンが受け取る
  2. IPv6アドレス宛のパケットには変換ルールを適用せずにnat64マシンが受け取る
  3. 送信IPv6アドレスが任意で, 送信先IPv6アドレスが2001:0DB8:64::/96 (変換元プレフィックス) のIPv6パケットは, 宛先IPv6アドレスの下位32bitに埋め込まれた本来の(designated)宛先IPv4アドレスを取り出し, 宛先IPv4アドレスを抽出したIPv4アドレスに, 送信元アドレスを192.0.2.16/28 (変換先アドレスプール)のいずれかのアドレスに変換して転送する

と言ったところです。pfのnat64はステートフルなので, inet6 (IPv6) -> inet (IPv4)の変換ルールを書いておけば, NATテーブルを参照することで戻り(inet -> inet6)の変換も行えることから, 特にinet -> inet6の変換ルールを明記する必要性はありません。

あとはルーターには2001:0DB8:64::/96のnext-hopを2001:0DB8:100::2とする経路を書いておけば, nat64が使えるはずです。
追記ここまで


設定が書けたら、

# pfctl -Fa -f /etc/pf.conf

でルール適用。基本的にはこれで完成です。
実際にこのNAT64を使うためには、

  • DNS64を建て
  • DHCPv6にDNS64の設定を入れ
  • ルーターで2001:500:88:ff64::/96プレフィックスのNext hopをNAT64機(2001:500:88:200::10)へ向ける

といったことが必要になるはずですね。他にも必要な作業が抜けているかもしれないですけど、気づいた方はご指摘ください。