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IPv6由于具有扩展的地址空间、全新的地址管理方案、对流媒体的支持以及更完善的安全机制等新特性,使其逐渐取代IPv4成为必然。目前人们所面临的问题主要在于如何渐进的、平滑的、无缝的以合理代价由目前基于IPv4的网络过渡到基于IPv6的下一代网络。由于过渡是渐进的,在过渡的初期,Internet将由运行IPv4的“海洋”和运行IPv6的“小岛”组成。随着时间的推移,IPv4的“海洋”将会逐渐变小,而IPv6的“小岛”将会越来越多,最终完全取代IPv4。在IPv4向IPv6过渡的过程中,必须解决两个问题:被IPv4网络分隔的IPv6网络间的通信和IPv4网络与IPv6网络间的通信。基于NAT-PT(network address translation-protocol translation,网络地址翻译和协议翻译)的翻译网关是IPv4到IPv6的演进的一个强有力的工具,NAT-PT可以确保IPv4网络和IPv6网络的共存和互通,通信可以由任意一种站点内的任意主机发起,不需要采用翻译网关之外的站点进行任何改动。采用翻译网关方案,ISP需要做的仅仅是IPv6相关的工作,由翻译网关来保证站点的服务和功能不受影响,这样就极大地降低了升级的难度。本论文主要研究了基于NAT-PT技术的翻译网关,设计并实现了相应的原型系统。本论文的研究主要包括以下几个方面:1)深入分析了基于NAT-PT技术的翻译网关的工作原理,NAT-PT中的协议转换算法及网络地址转换算法;深入分析了带有DNS-ALG的NAT-PT的工作原理。2)提出一种基于Patricia树并辅之以Hash表的高速网络环境下转换条目的快速搜索算法,加快了转换条目的搜索过程,提高了NAT-PT的性能。3)分析总结NAT-PT模型的特点,提出改进的模型ENAT-PT(enhanced NAT-PT),在实际应用中对解决IPv4地址短缺问题具有重要意义。4)通过对NAT-PT翻译网关工作原理的研究,提出了NAT-PT的设计方案;利用模块化软件路由器Click系统,实现了NAT-PT翻译网关原型系统。本论文来源于中国国家发展和改革委员会和日本经济产业省共同组织的《下一代互联网中日IPv6合作项目》东南大学承担的子项目《IPv4应用到IPv6应用的过渡技术研究》。