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  簡單的NAT64設定可能是一個裝置的兩個介面分別連線到IPv4網路與IPv6網路的閘道器。IPv6網路的流量經由閘道器路由,其對兩個網路之間傳送的分組進行所有必要的翻譯。但是,這種翻譯並不是對稱的,因為IPv6地址空間比IPv4地址空間大得多,因此就不可能進行一對一的地址對映。閘道器維護IPv6到IPv4的地址對映,而該對映可以在來自IPv6網路的第一個分組到達NAT64閘道器時手動建立(無狀態對映),也可自動建立(有狀態對映)。  如果NAT64翻譯器是用於使僅有IPv4的伺服器能被遠端僅有IPv6的客戶端訪問,則比較適合使用無狀態轉換。有狀態轉換適合在客戶端或服務提供商部署,使僅有IPv6的客戶端主機能聯絡遠端的僅有IPv4的節點。  通常來說,NAT64被設計為在IPv6主機發起通訊時使用。但也存在一些機制允許反向場景,例如靜態地址對映。  不是每種型別的資源都能用NAT64訪問。嵌入IPv4字面地址的協議(例如SIP和SDP、FTP、WebSocket、Skype、MSN等)都不能得到支援,但雙棧網頁代理允許僅IPv6客戶端訪問使用IPv4字面地址的URL。不過,使用NAT64的464XLAT(描述於RFC 6877)允許此類協議通過僅IPv6連線。對於SIP和FTP來說,使用應用層閘道(ALG)技術可以解決問題,或者使用RFC 7225中PREFIX64擴充套件指定的埠控制協議。
NAT64是一種通過網路地址轉換(NAT)形式促成IPv6與IPv4主機間通訊的IPv6轉換機制。NAT64閘道器需要至少一個IPv4地址和一個包含32位地址空間的IPv6網段來完成IPv4與IPv6協議間的翻譯。