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IPv4地址空间匾乏、报头处理时间长和不适应现代面向流的网络信息传输,促进了IPv6协议的发展。由IPv4向IPv6的过渡将会相当漫长,并且是分阶段的。在过渡初期是许多分离的IPv6孤岛处于IPv4海洋之中,IPv6孤岛之间通过建立于IPv4网络之上的Tunnel相互连通;在过渡的中后期,IPv6网络的规模逐渐赶上并超过IPv4网络,这时的主要问题是如何使得IPv4网络和IPv6网络可以互通,对该问题目前国际上比较认同的解决方案是NAT-PT技术。目前NAT-PT技术正在Windows、FreeBSD、Linux等系统上进行研发。NAT-PT转换网关涉及的关键技术有:IPv4与IPv6网络地址转换、IPv4与IPv6协议转换、应用层协议的转换。本论文是对这些关键技术的研究展开的。本文的研究目标是提出NAT-PT的优化方案,来改善网关的转换速度和网关的稳定性,解决当前NAT-PT系统转换效率低下的问题。首先对IPv4协议的局限性和IPv6协议的优点进行了陈述,并对过渡技术、NAT-PT技术及嵌入式系统的功耗模型的研究现状做了介绍。在比较IPv4协议与IPv6协议区别的基础上,详细论述了NAT-PT技术的原理,并分析了NAT-PT在设计和实现中需要考虑的各项关键技术,这些理论和技术是下面章节的基础。接着给出了NAT-PT系统的实现环境和实现方法,并进行了IPv4和IPv6网络的互通性测试。然后对NAT-PT系统的体系结构进行了研究,在得到整个系统的函数调用关系后,详细分析了系统各模块的实现方式,并测试了系统的带宽性能和延时性能,得出了使用NAT-PT转换后,网络互联性能大大降低,带宽是不用转换网关的5%,数据包往返时间是不用转换网关的5～10倍。通过Profiling技术找到了系统瓶颈是系统中的大量链表搜索算法,因此文章对链表搜索算法提出了各种优化方案,对优化方案的速度性能和功耗性能进行了全面的测试分析和评估。最终得出的结论是:对于网络中主机数不多,如家庭网关,则采用链地址哈希法和有序顺序法的搜索算法可以改善系统的性能;对大型网络,如校园网,则可以考虑采用线性探测哈希搜索算法,也可以采用链地址哈希法和有序顺序法算法;若不想对原系统进行大规模修改,则有序顺序算法是明智的选择。本文的研究方法具有普遍适应性,可以供相似研究和网络设备制造商借鉴。