IPv4" title="IPv4">IPv4的缺陷和Internet的飞速发展导致IPv6" title="IPv6">IPv6的产生和发展，目前，IPv6网络正从试验性网络逐步走向实际应用，但未来一段时间内，IPv4网络仍然占据主导地位，IPv4网络和IPv6网络并存的局面仍将继续，这样，实现IPv4网络和IPv6网络互连成为IPv6网络走向实际应用的重要步骤。

1、NAT-PT实现互连原理

网络地址和协议转换（NAT-PT）是一种将实现IPv4分组格式和IPv6分组格式之间转换和动态NAT有机结合的地址和协议转换技术，它对IPv6网络中终端的地址配置没有限制，也不需要对想和IPv4网络通信的终端分配IPv4地址。它和IPv4网络所采用的动态NAT一样，在网络边界的地址和协议转换器设置一组IPv4地址，并以此构成IPv4地址池，当IPv6网络中的某个终端发起和IPv4网络中的终端之间的会话时，由地址和协议转换器为发起会话的终端分配一个IPv4地址，并将该IPv4地址和该终端发起的会话绑定在一起。如果会话是TCP连接，则可用会话两端的源和目的地址、源和目的端口号来标识该会话。在会话存在期间，该IPv4地址一直分配给发起会话的终端，当属于该会话的IPv6分组经过地址和协议转换器进入IPv4网络时，用该IPv4地址取代IPv6分组的源地址，并完成IPv6分组至IPv4分组的转换。IPv4网络中的终端用该IPv4地址和发起会话的终端通信，当属于该会话的IPv4分组进入地址和协议转换器时，用该IPv4分组的目的地址检索会话表，用会话表中给出的发起会话的终端的IPv6地址取代IPv4分组的目的地址，并完成IPv4分组至IPv6分组的转换。在NAT-PT中，96bit网络前缀可以是任意的网络地址，但必须保证IPv6网络将目的地址和该96bit网络前缀匹配的IPv6分组路由到网络边界的地址和协议转换器。地址和协议转换器将和96bit网络前缀匹配的目的地址的低32bit作为IPv4地址。反之，地址和协议转换器在IPv4分组的源地址前加上96bit网络前缀后作为IPv6分组的源地址。

2、单向会话通信过程

下面结合图1详细讨论一下NAT-PT的工作机制。
 

                                                                              图1 NAT-PT实现网络地址和协议转动过程

在图1中，当终端A发起和终端C的会话时，终端A发送一个以2001::2E0:FCFF:FE00:7为源地址，以2::10.1.1.1为目的地址的IPv6分组，该IPv6分组被IPv6网络路由到路由器" title="路由器">路由器R3。路由器R3在会话表中检索该IPv6分组属于的会话，由于该IPv6分组是发起会话的IPv6分组，会话表中找不到该IPv6分组所属的会话，路由器R3为终端A分配一个IPv4地址，这里假定是193.1.1.1，同时，在会话表中创建一项，将分配该终端A的IPv4地址和终端A发起的会话绑定在一起，如表1所示。路由器R3将该IPv6分组转换成IPv4分组，通过IPv4路由表确定的传输路径将IPv4分组转发给下一跳路由器R2。该IPv4分组经过路由器R2转发后到达终端C，完成终端A至终端C的传输过程。IPv6分组转换成IPv4分组时各字段的转换过程如表2所示，源和目的地址的转换如图2所示。

表1 IPv4地址和会话之间的绑定
 

表2 IPv6首部至IPv4首部转换
 

表3 IPv4首部至IPv6首部转换
 

 　　当终端C向终端A发送数据时，终端C构建一个以10.1.1.1.1为源地址，193.1.1.1为目的地址的IPv4分组，该IPv4分组被IPv4网络路由到路由器R3路由器R3用该IPv4分组的目的地址检索会话表，找到对应项，用对应项给出的IPv6地址取代目的地址由于为路由器R3配置的网络前缀为2::/96，源地址被转换成2::10.1.1.1IPv4分组转换成IPv6分组时各字段的转换过程如表3所示，源和目的地址的转换如图2所示

图2　IPv4分组至IPv6分组转换过程

图3　用DNS应用层网关实现双向会话

　　终端A后续发送给终端C的IPv6分组，由于在会话表中找到对应项，可以根据对应项中给出的IPv4地址进行源地址转换在会话存在期间，会话表中给出的地址映射一直保持一旦会话结束，这种地址映射也随之消除，分配的IPv4地址可以再次分配给其他IPv6网络中的终端不同类型会话的结束方式不同，有些类型的会话有会话结束过程，有些类型的会话没有明显的会话结束过程，后一种类型的会话用规定时间内一直没有属于该会话的IP分组通过作为该会话的结束条件

　　3、双向会话通信过程

　　和IPv4动态NAT一样，NAT-PT只能用于由IPv6网络中的终端发起会话的应用，如果某个应用需要由IPv4网络中的终端发起会话，NAT-PT是无法实现的，因为，IPv4网络中的终端是无法用某个IPv4地址来绑定IPv6网络中的某个终端的如果非要实现由IPv4网络中的终端发起的会话，需要采用静态NAT，即在路由器R3配置静态的IPv4地址和IPv6地址之间的映射在图3中，如果终端C希望访问IPv6网络中的DNS服务器" title="DNS服务器">DNS服务器（IPv6 DNS），就构建以10.1.1.1为源地址，以193.1.1.5为目的地址的IPv4分组，该IPv4分组到达路由器R3后，路由器R3通过配置的静态地址映射，将目的地址转换成2001::2E0:FCFF:FE00:9但如果对IPv6中的其他终端也采用静态地址映射，需要为所有可能和IPv4网络通信的终端静态分配IPv4地址，这显然是不可能的对于图3所示的网络结构，路由器R3不仅是地址和协议转换器，还是DNS应用层网关

　　DNS用于将完全合格的域名解析成IP地址，如果是IPv6网络，则解析成IPv6地址，如果是IPv4网络，则解析成IPv4地址DNS服务器给出完全合格的域名和对应的IP地址之间的映射，如终端A 2001::2E0:FCFF：FE00:7当终端C想发起和终端A之间的会话时，终端C通过终端A的完全合格的域名：终端A解析出终端A对应的IPv4地址由于在路由器R3中已经静态配置了IPv6网络中的DNS服务器的IPv6地址：2001::2E0:FCFF:FE00:9和IPv4地址：193.1.1.5之间的映射，终端C向IPv4地址为193.1.1.5的DNS服务器发送请求报文，请求报文被封装成IPv4分组后进入IPv4网络，被IPv4网络路由到路由器R3由路由器R3完成IPv4 DNS请求报文至IPv6 DNS请求报文的转换，并将请求报文封装成以2::10.1.1.1为源地址，以2001::2E0:FCFF:FE00:9为目的地址的IPv6分组，通过IPv6网络将该IPv6分组传输到IPv6网络的DNS服务器IPv6网络的DNS服务器根据完全合格的域名：终端A解析出IPv6地址：2001::2E0:FCFF:FE00:7，并将该地址通过DNS响应报文回送给源地址为2::10.1.1.1的终端（终端C）响应报文被IPv6网络路由到路由器R3，由路由器R3在IPv4地址池中选择一个IPv4地址（这里假定是193.1.1.1）分配给终端A，同时在会话表中建立2001::2E0:FCFF:FE00:7和193.1.1.1之间的映射路由器R3将IPv6 DNS响应报文转换为IPv4 DNS响应报文，并将IPv4 DNS响应报文封装成以10.1.1.1为目的地址的IPv4分组，通过IPv4网络将该IPv4分组传输到终端C，终端C随后用IPv4地址：193.1.1.1和终端A进行通信需要指出的是，在上述通信过程中，IPv4网络中的终端通过DNS的地址解析过程创建会话，并将地址映射和该会话绑定在一起，所有源地址为2001::2E0:FCFF:FE00:7的IPv6分组或目的地址为193.1.1.1的IPv4分组都属于该会话，按照会话表中给出的地址映射完成地址转换这种类型的会话只能用规定时间内一直没有属于该会话的IP分组通过作为该会话的结束条件

　　IPv4网络中所有终端和服务器对应的IPv6地址是固定的，IPv6网络中的终端可以获取Pv4网络中所有终端和服务器对应的IPv6地址，因此，IPv6网络中的终端可以通过直接给出IPv6地址的方式和IPv4网络中的终端通信当然，记住完全合格的域名总比记住128bit的IPv6地址容易，因此，IPv6网络中的终端可能通过完全合格的域名（如终端C）发起和IPv4网络中的终端之间的会话这种情况下，由IPv6终端向IPv4网络的DNS服务器发送DNS请求报文，由路由器R3完成IPv6 DNS请求报文至IPv4 DNS请求报文的转换当路由器R3接收到IPv4网络中的DNS服务器回送的DNS响应报文时，一方面通过加上网络前缀2::，将解析出的IPv4地址转换成IPv6地址，另一方面完成IPv4 DNS响应报文至IPv6 DNS响应报文的转换