Credo che in caso di nat si debba per forza incapsulare il pacchetto in un IPv4 (transport mode in pratica) altrimenti si hanno problemi quantomeno con AH.
Se invece non c'è nat il router non dovrebbe toccare nulla ma riuscire ad instradare il pacchetto, l'header iniziale non è lo stesso? Anche se in effetti qualche dubbio sul codice del protocollo me l'hai fatto venire... appena ho tempo mi informo
