3.3.3 IPv4/IPv6协议转换技术
IPv4/IPv6协议转换技术为 IPv4网络与 IPv6网络之间的互访提供了可能。在过渡期间，IPv4和 IPv6共存的过程中，面临的一个主要问题是IPv6与 IPv4之间如何互通。由于两者的不兼容性，因此无法实现两种不兼容网络之间的互访，所以 IPv6/IPv4协议转换技术孕育而生。协议转换技术流程如图 3-16所示。
图3-16 协议转换技术流程示意
1. NAT-PT技术
IETF在早期设计了 NAT-PT的解决方案：RFC2766、NAT-PT通过 IPv6与IPv4的网络地址与协议转换，实现了 IPv6网络与 IPv4网络的双向互访。
网络地址转换—协议转换（NetworkAddressTranslation-ProtocolTranslation，NAT-PT）：由无状态协议转换技术（StatelessIP/ICMPTranslation，SIIT）和动态地址协议转换技术结合与演进而来，SIIT提供一对一的 IPv4地址和 IPv6地址的映射转换，NAT-PT支持在 SIIT的基础上实现多对一或多对多的地址转换。NAT-PT分为静态和动态两种形式。
（1） 静态 NAT-PT
静态 NAT-PT提供一对一的 IPv6地址和 IPv4地址的映射转换。IPv6单协议网络域内的节点要访问 IPv4单协议网络域内的每一个 IPv4地址，都必须在 NAT-PT网关中配置。每一个目的 IPv4在 NAT-PT网关中被映射成一个具有预定义 NAT-PT前缀的IPv6地址。在这种模式下，每一个IPv6映射到IPv4地址需要一个源IPv4地址。静态配置适合经常在线，或者需要提供稳定连接的主机。
（2） 动态 NAT-PT
在动态 NAT-PT中，NAT-PT网关向 IPv6网络通告一个 96位的地址前缀，并结合主机 32位的 IPv4地址作为对 IPv4网络中的主机的标识。从 IPv6网络中的主机向 IPv4网络发送的报文，其目的地址前缀与 NAT-PT发布的地址前缀相同，这些报文都被路由到NAT-PT网关，由 NAT-PT网关对报文头进行修改，取出其中的IPv4地址信息，替换目的地址。同时，NAT-PT网关定义了 IPv4地址池，它从地址池中取出一个地址来替换IPv6报文的源地址，从而完成从 IPv6地址到 IPv4地址的转换。动态 NAT-PT支持多个 IPv6地址映射为一个 IPv4地址，节省了 IPv4地址的空间。
NAT-PT支持 IPv4和 IPv6两种协议的相互翻译和转换，但是存在如下问题。属于同一会话的请求和响应都必须通过同一 NAT-PT设备才能进行转换，比较适合单一出口设备的环境；不能转换 IPv4报文头的可选项部分；缺少端到端的安全性。因此，NAT-PT逐渐被废弃，不推荐使用。为了解决 NAT-PT中的各种缺陷，同时实现 IPv6与 IPv4之间的 NAT-PT技术，IETF重新设计了新的解决方案：NAT64与 DNS64技术。
2. NAT64与DNS64技术
NAT64是一种有状态的网络地址与协议转换技术，一般只支持通过 IPv6网络侧用户发起连接访问 IPv4网络侧的资源。但 NAT64也支持通过手动配置静态映射关系，实现 IPv4网络主动发起连接访问 IPv6网络。NAT64可实现 TCP、UDP、ICMP下的IPv6与IPv4网络地址与协议转换。DNS64则主要是配合 NAT64工作，是将 DNS查询信息中的 A记录（IPv4地址）合成到 AAAA记录（IPv6地址）中，返回合成的 AAAA记录给 IPv6侧用户。DNS64也解决了 NAT-PT中的 DNS-ALG存在的缺陷。NAT64是 IPv6网络发展初期的一种过渡解决方案，在 IPv6发展前期会被广泛部署应用，而后期则会随着 IPv6网络的发展壮大逐步退出历史舞台。
NAT64与DNS64技术的流程如图 3-17所示。
图3-17 NAT64与DNS64技术的流程
NAT64与DNS64技术的流程如下。
（1） IPv6主机发起到 DNS64服务器的 IPv6域名解析请求（IPv6主机配置的DNS地址是DNS64），IPv6域名解析为www.abc.com。
（2） DNS64服务器触发到 DNS服务器中查询 IPv6地址。
（3） 若能查询到，则返回域名对应的IPv6地址；若查询不到，则返回 IPv6空。
（4） DNS64服务器再次触发到 DNS服务器中查询 IPv4地址。
（5） DNS服务器返回IPv4记录（192.168.1.1）。
（6） DNS64服务器合成IPv6地址（64::FF9B::192.168.1.1），并返回给IPv6主机。
（7） IPv6主机发起目的地址为 64::FF9B::192.168.1.1的 IPv6数据包；由于NAT64在 IPv6域内通告配置的 IPv6地址前缀，因此这个数据包转发到 NAT64路由器上。
（8） NAT64执行地址转换与协议转换，目的地址转换为 192.168.1.1，源地址根据地址状态转换（3ffe:100:200:1::1）→（172.16.1.1），在IPv4域内路由到IPv4服务器。
（9） IPv4数据包返回，目的地址为172.16.1.1。
（10） NAT64根据已有记录进行转换，目的地址转换为 3ffe:100:200:1::1，源地址为 64::FF9B::192.168.1.1，发送到 IPv6主机，流程结束。
协议转换技术对现有IPv4环境做少量改造（通常是更换出口网关），即可实现对外支持 IPv6访问，部署简单便捷。
3. IVI
除 NAT-PT、NAT64与 DNS64技术之外，IVI也是一种基于运营商路由前缀的无状态IPv4/IPv6协议转换技术。IVI方案是由 CERNET2的研究人员清华大学李星教授提出的，对应 RFC6052。IVI的主要思路是，从全球 IPv4地址空间（IPG4）中，取出一部分地址映射到全球 IPv6地址空间（IPG6）中。在 IPG4中，每个运营商取出一部分IPv4地址，以在IVI过渡中使用，被取出的这部分地址称为IVI4（i）地址，且不能分配给实际的主机使用。IVI的地址映射规则是在 IPv6地址中插入IPv4地址。地址的 0~31位为 ISP的 /32位的 IPv6前缀，32~39位设置为 FF，表示这是一个IVI映射地址。40~71位表示插入的全局IPv4空间（IVIG4）的地址格式，如 IPv4/24映射为 IPv6/64，而 IPv4/32映射为 IPv6/72。目前，国内有很多地址协议转换设备都是基于 IVI技术研发的，重点解决企业 Web的 IPv6改造问题。
