互联网发展过程中IP地址耗尽问题，通过IPv6技术可得到解决。然而，由于现存IPv4用户数量巨大，从IPv4向IPv6演进是一个长期的过程。为了实现用户和业务的平稳过渡， IPv6与IPv4长期共存成为必然趋势。目前，互联网大部分内容仍是面向IPv4的，但IPv6用户同样需要访问IPv4内容，这是当前互联网需要满足的需求之一。NAT64技术是一种有状态的网络地址与协议转换技术，它解决了上一代协议转换技术的诸多缺陷，实现了IPv6包与IPv4包之间的互相转换，可以满足IPv6客户端与IPv4服务器之间基于TCP、UDP等协议的通信的要求。本文首先研究了一些常见的IPv4/IPv6过渡技术，包括双栈技术、隧道技术以及地址转换技术，详细阐述了它们的工作原理以及应用场景，并分析指出了其分别存在的问题与缺陷，进而提出了一种在实现NAT64技术的设计方案。然后充分分析了NAT64机制的工作原理，分步骤讲解了NAT64的收发包处理流程，从而给出了NAT64模块的总体结构设计。在提出的设计方案中，从接口表、用户表、前缀表、地址池、实例表、会话表和过滤表等方面进行了模块的详细设计，力求结合现有数通产品的硬件平台资源状况和软件平台特性，既要保证NAT64相关功能的完整实现，同时又要有效减小设备性能的损耗和系统资源的使用。最后搭建了实验网络，利用一台Ipv6客户端、一台运行NAT64的路由器以及一台IPv4服务器依次相连，对本方案的功能实现与性能表现分别进行了测试验证，测试结果表明：本方案能够实现NAT64协议的功能要求，并且自身运行性能达到设计预期，同时未对设备性能或网络环境造成不良影响。