IPv4" title="IPv4">IPv4的缺陷和Internet的飛速發展導致IPv6" title="IPv6">IPv6的產生和發展，目前，IPv6網絡正從試驗性網絡逐步走向實際應用，但未來一段時間內，IPv4網絡仍然占據主導地位，IPv4網絡和IPv6網絡并存的局面仍將繼續，這樣，實現IPv4網絡和IPv6網絡互連成為IPv6網絡走向實際應用的重要步驟。
1、NAT-PT實現互連原理
網絡地址和協議轉換（NAT-PT）是一種將實現IPv4分組格式和IPv6分組格式之間轉換和動態NAT有機結合的地址和協議轉換技術，它對IPv6網絡中終端的地址配置沒有限制，也不需要對想和IPv4網絡通信的終端分配IPv4地址。它和IPv4網絡所采用的動態NAT一樣，在網絡邊界的地址和協議轉換器設置一組IPv4地址，并以此構成IPv4地址池，當IPv6網絡中的某個終端發起和IPv4網絡中的終端之間的會話時，由地址和協議轉換器為發起會話的終端分配一個IPv4地址，并將該IPv4地址和該終端發起的會話綁定在一起。如果會話是TCP連接，則可用會話兩端的源和目的地址、源和目的端口號來標識該會話。在會話存在期間，該IPv4地址一直分配給發起會話的終端，當屬于該會話的IPv6分組經過地址和協議轉換器進入IPv4網絡時，用該IPv4地址取代IPv6分組的源地址，并完成IPv6分組至IPv4分組的轉換。IPv4網絡中的終端用該IPv4地址和發起會話的終端通信，當屬于該會話的IPv4分組進入地址和協議轉換器時，用該IPv4分組的目的地址檢索會話表，用會話表中給出的發起會話的終端的IPv6地址取代IPv4分組的目的地址，并完成IPv4分組至IPv6分組的轉換。在NAT-PT中，96bit網絡前綴可以是任意的網絡地址，但必須保證IPv6網絡將目的地址和該96bit網絡前綴匹配的IPv6分組路由到網絡邊界的地址和協議轉換器。地址和協議轉換器將和96bit網絡前綴匹配的目的地址的低32bit作為IPv4地址。反之，地址和協議轉換器在IPv4分組的源地址前加上96bit網絡前綴后作為IPv6分組的源地址。
2、單向會話通信過程
下面結合圖1詳細討論一下NAT-PT的工作機制。
圖1 NAT-PT實現網絡地址和協議轉動過程
在圖1中，當終端A發起和終端C的會話時，終端A發送一個以2001::2E0:FCFF:FE00:7為源地址，以2::10.1.1.1為目的地址的IPv6分組，該IPv6分組被IPv6網絡路由到路由器" title="路由器">路由器R3。路由器R3在會話表中檢索該IPv6分組屬于的會話，由于該IPv6分組是發起會話的IPv6分組，會話表中找不到該IPv6分組所屬的會話，路由器R3為終端A分配一個IPv4地址，這里假定是193.1.1.1，同時，在會話表中創建一項，將分配該終端A的IPv4地址和終端A發起的會話綁定在一起，如表1所示。路由器R3將該IPv6分組轉換成IPv4分組，通過IPv4路由表確定的傳輸路徑將IPv4分組轉發給下一跳路由器R2。該IPv4分組經過路由器R2轉發后到達終端C，完成終端A至終端C的傳輸過程。IPv6分組轉換成IPv4分組時各字段的轉換過程如表2所示，源和目的地址的轉換如圖2所示。
表1 IPv4地址和會話之間的綁定
表2 IPv6首部至IPv4首部轉換
表3 IPv4首部至IPv6首部轉換
當終端C向終端A發送數據時，終端C構建一個以10.1.1.1.1為源地址，193.1.1.1為目的地址的IPv4分組，該IPv4分組被IPv4網絡路由到路由器R3
路由器R3用該IPv4分組的目的地址檢索會話表，找到對應項，用對應項給出的IPv6地址取代目的地址由于為路由器R3配置的網絡前綴為2::/96，源地址被轉換成2::10.1.1.1IPv4分組轉換成IPv6分組時各字段的轉換過程如表3所示，源和目的地址的轉換如圖2所示
圖2 IPv4分組至IPv6分組轉換過程
圖3 用DNS應用層網關實現雙向會話
終端A后續發送給終端C的IPv6分組，由于在會話表中找到對應項，可以根據對應項中給出的IPv4地址進行源地址轉換在會話存在期間，會話表中給出的地址映射一直保持一旦會話結束，這種地址映射也隨之消除，分配的IPv4地址可以再次分配給其他IPv6網絡中的終端不同類型會話的結束方式不同，有些類型的會話有會話結束過程，有些類型的會話沒有明顯的會話結束過程，后一種類型的會話用規定時間內一直沒有屬于該會話的IP分組通過作為該會話的結束條件
3、雙向會話通信過程
和IPv4動態NAT一樣，NAT-PT只能用于由IPv6網絡中的終端發起會話的應用，如果某個應用需要由IPv4網絡中的終端發起會話，NAT-PT是無法實現的，因為，IPv4網絡中的終端是無法用某個IPv4地址來綁定IPv6網絡中的某個終端的如果非要實現由IPv4網絡中的終端發起的會話，需要采用靜態NAT，即在路由器R3配置靜態的IPv4地址和IPv6地址之間的映射在圖3中，如果終端C希望訪問IPv6網絡中的DNS服務器" title="DNS服務器">DNS服務器（IPv6 DNS），就構建以10.1.1.1為源地址，以193.1.1.5為目的地址的IPv4分組，該IPv4分組到達路由器R3后，路由器R3通過配置的靜態地址映射，將目的地址轉換成2001::2E0:FCFF:FE00:9但如果對IPv6中的其他終端也采用靜態地址映射，需要為所有可能和IPv4網絡通信的終端靜態分配IPv4地址，這顯然是不可能的對于圖3所示的網絡結構，路由器R3不僅是地址和協議轉換器，還是DNS應用層網關
DNS用于將完全合格的域名解析成IP地址，如果是IPv6網絡，則解析成IPv6地址，如果是IPv4網絡，則解析成IPv4地址DNS服務器給出完全合格的域名和對應的IP地址之間的映射，如終端A 2001::2E0:FCFF：FE00:7當終端C想發起和終端A之間的會話時，終端C通過終端A的完全合格的域名：終端A解析出終端A對應的IPv4地址由于在路由器R3中已經靜態配置了IPv6網絡中的DNS服務器的IPv6地址：2001::2E0:FCFF:FE00:9和IPv4地址：193.1.1.5之間的映射，終端C向IPv4地址為193.1.1.5的DNS服務器發送請求報文，請求報文被封裝成IPv4分組后進入IPv4網絡，被IPv4網絡路由到路由器R3由路由器R3完成IPv4 DNS請求報文至IPv6 DNS請求報文的轉換，并將請求報文封裝成以2::10.1.1.1為源地址，以2001::2E0:FCFF:FE00:9為目的地址的IPv6分組，通過IPv6網絡將該IPv6分組傳輸到IPv6網絡的DNS服務器IPv6網絡的DNS服務器根據完全合格的域名：終端A解析出IPv6地址：2001::2E0:FCFF:FE00:7，并將該地址通過DNS響應報文回送給源地址為2::10.1.1.1的終端（終端C）響應報文被IPv6網絡路由到路由器R3，由路由器R3在IPv4地址池中選擇一個IPv4地址（這里假定是193.1.1.1）分配給終端A，同時在會話表中建立2001::2E0:FCFF:FE00:7和193.1.1.1之間的映射路由器R3將IPv6 DNS響應報文轉換為IPv4 DNS響應報文，并將IPv4 DNS響應報文封裝成以10.1.1.1為目的地址的IPv4分組，通過IPv4網絡將該IPv4分組傳輸到終端C，終端C隨后用IPv4地址：193.1.1.1和終端A進行通信需要指出的是，在上述通信過程中，IPv4網絡中的終端通過DNS的地址解析過程創建會話，并將地址映射和該會話綁定在一起，所有源地址為2001::2E0:FCFF:FE00:7的IPv6分組或目的地址為193.1.1.1的IPv4分組都屬于該會話，按照會話表中給出的地址映射完成地址轉換這種類型的會話只能用規定時間內一直沒有屬于該會話的IP分組通過作為該會話的結束條件
IPv4網絡中所有終端和服務器對應的IPv6地址是固定的，IPv6網絡中的終端可以獲取Pv4網絡中所有終端和服務器對應的IPv6地址，因此，IPv6網絡中的終端可以通過直接給出IPv6地址的方式和IPv4網絡中的終端通信當然，記住完全合格的域名總比記住128bit的IPv6地址容易，因此，IPv6網絡中的終端可能通過完全合格的域名（如終端C）發起和IPv4網絡中的終端之間的會話這種情況下，由IPv6終端向IPv4網絡的DNS服務器發送DNS請求報文，由路由器R3完成IPv6 DNS請求報文至IPv4 DNS請求報文的轉換當路由器R3接收到IPv4網絡中的DNS服務器回送的DNS響應報文時，一方面通過加上網絡前綴2::，將解析出的IPv4地址轉換成IPv6地址，另一方面完成IPv4 DNS響應報文至IPv6 DNS響應報文的轉換