未来数年内，因特网也许会逐渐从IPv4过渡到IPv6，在过渡阶段，基于IPv4的现有应用能与基于IPv6的全新应用协同工作非常重要。例如，厂商不应只提供仅能与IPv6 telnet服务器程序协同工作的telnet客户程序，而既应该提供能与IPv4服务器协同工作的客户程序，又应该提供能与IPv6服务器协同工作的客户程序。更理想的情形是，一个IPv6的telnet客户程序既能与IPv4服务器程序协同工作，又能与IPv6服务器程序协同工作，相应地一个IPv6的telnet服务器程序既能与IPv4客户程序协同工作，又能与IPv6客户程序协同工作，下面介绍这是如何实现的。
本章假设主机运行着双栈，即一个IPv4协议栈和一个IPv6协议栈。在向IPv6转换的漫长过渡期内，主机和路由器会这样运行很多年。某个时间点后，许多系统可以关闭它们的IPv4协议栈，但只有时间才能告诉我们这种情况何时（以及是否）会发生。
双栈主机的一个基本特性是其上的IPv6服务器既能处理IPv4客户，又能处理IPv6客户，这是通过IPv4映射的IPv6地址实现的：
上图中，左侧有一个IPv4客户和一个IPv6客户，右侧的服务器程序使用IPv6编写，该服务器创建了一个绑定在IPv6通配地址和TCP端口9999上的IPv6 TCP监听套接字。
上图我们假设客户和服务器主机处于同一个以太网，它们也能通过路由器连接，只要通过的所有路由器都同时支持IPv4和IPv6，但这对我们的讨论没有影响。
我们假设这两个客户都发送SYN分节建立与服务器的连接。IPv4客户主机在一个IPv4数据报中载送SYN，IPv6客户主机在一个IPv6数据报中载送SYN。
来自IPv4客户的TCP分节在以太网线上表现为一个以太网首部后跟一个IPv4首部、一个TCP首部、TCP数据，以太网首部中包含的类型字段值为0x0800，即把本以太网帧标识为一个IPv4帧，TCP首部中包含的目的端口为9999，IPv4首部中包含的目的IP地址为206.62.226.42。
来自IPv6客户的TCP分节在以太网线上表现为一个以太网首部后跟一个IPv6首部、一个TCP首部、TCP数据。以太网首部中的类型字段值为0x86dd，即把本以太网帧标识为一个IPv6帧。这个TCP首部和IPv4数据报中的TCP首部格式完全一样，也包含值为9999的目的端口。IPv6首部中包含的目的IP地址为5f1b:df00:ce3e:e200:20:800:2b37:6426。
接收数据链路通过查看以太网类型字段把每个帧传递给相应的IP模块。IPv4模块结合其上的TCP模块检测到IPv4数据报的目的端口对应一个IPv6套接字，于是把该数据报IPv4首部中的源IPv4地址转换成一个等价的IPv4地址映射的IPv6地址。当accept系统调用把这个已经接受的IPv4客户连接返回给服务器进程时，这个映射后的地址将作为客户的IPv6地址返回到服务器的IPv6套接字。该连接上的其余数据报同样都是IPv4数据报。
当accept系统调用把接受的IPv6客户连接返回给服务器进程时，客户的IPv6地址就是IPv6首部中的源地址，该连接上其余数据报都是IPv6数据报。
总结以上一个IPv4客户和一个IPv6服务器通信的步骤：
1.IPv6服务器启动后创建一个IPv6监听套接字，假定服务器把通配地址捆绑到该套接字。
2.IPv4客户调用gethostbyname找到服务器主机的一个A记录。服务器主机既有一个A记录，又有一个AAAA记录，因为它同时支持IPv4和IPv6，但IPv4客户只需要A记录。
3.客户调用connect，导致客户主机发送一个IPv4 SYN到服务器。
4.服务器主机接收这个目的地为IPv6监听套接字的IPv4 SYN，设置一个标志指示本连接应使用IPv4映射的IPv6地址，然后响应一个IPv4 SYN/ACK。该连接建立后，由accept函数返回给服务器进程的地址就是这个IPv4映射的IPv6地址。
5.当服务器主机往这个IPv4映射的IPv6地址发送TCP分节时，其IP栈产生的目的地址为该IPv6地址对应的IPv4地址，因此客户和服务器之间都使用IPv4载送数据报。
6.除非服务器显式检查这个IPv6地址是不是一个IPv4映射的IPv6地址（可用IN6_IS_ADDR_V4MAPPED宏检查），否则它永远不知道自己是在与一个IPv4客户通信。这个细节由双协议栈处理，同样地，IPv4客户也不知道自己是在与一个IPv6服务器通信。
当IPv4 UDP客户与IPv6 UDP服务器进行通信时也类似。
对上图的解释：
1.如果收到一个目的地为某个IPv4套接字的IPv4数据报，则无需任何特殊处理。它们是上图标有IPv4的两个箭头，一个到TCP，一个到UDP。服务器和客户之间交换的是IPv4数据报。
2.如果收到一个目的地为某个IPv6套接字的IPv6数据报，则无需任何特殊处理。它们是上图标有IPv6的两个箭头，一个到TCP，一个到UDP。服务器和客户之间交换的是IPv6数据报。
3.如果收到一个目的地为某个IPv6套接字的IPv4数据报，则内核把该数据报的源IPv4地址映射的IPv6地址作为accept（TCP）或recvfrom（UDP）函数返回的对端IPv6地址。它们是上图中的两个虚线箭头。任何一个IPv4地址总能表示成一个IPv6地址。客户和服务器之间交换的是IPv4数据报。
4.一般，一个IPv6地址无法表示成一个IPv4地址，因此图中没有从IPv6协议框到IPv4套接字的箭头。
大多双栈主机使用以下规则处理监听套接字：
1.IPv4监听套接字只接受来自IPv4客户的外来连接。
2.如果服务器有绑定了通配地址的IPv6监听套接字，且该套接字没有设置IPV6_V6ONLY套接字选项，则该套接字既能接受来自IPv4客户的外来连接，又能接受来自IPv6客户的外来连接。对于来自IPv4客户的连接，其服务器端的对端IP地址是客户IPv4地址映射的IPv6地址。
3.如果服务器有一个IPv6监听套接字，且绑定在其上的是除IPv4映射的IPv6地址之外的某个非通配IPv6地址，或另一种情况，即绑定在其上的是IPv6通配地址，但设置了IPV6_V6ONLY套接字选项，则该套接字只能接受来自IPv6客户的外来连接。
对换一下上例中的客户和服务器使用的协议，考虑运行在双栈主机上的IPv6的TCP客户和运行在只支持IPv4上的TCP服务器：
1.一个IPv4服务器在只支持IPv4的一个主机上启动后创建一个IPv4监听套接字。
2.IPv6客户启动后调用getaddrinfo查找IPv6地址（通过请求AF_INET6地址，同时在hints结构中设置了AI_V4MAPPED标志）。由于只支持IPv4的那个服务器主机只有A记录，因此返回给客户的是一个IPv4映射的IPv6地址。
3.IPv6客户在IPv6套接字地址结构中设置这个IPv4映射的IPv6地址，然后用该地址结构调用connect。内核检测到此地址是IPv4映射的IPv6地址后自动发送一个IPv4 SYN到服务器。
4.服务器响应一个IPv4 SYN/ACK，连接于是通过使用IPv4数据报建立。
用下图汇总以上通信步骤：
对于上图的解释：
1.如果一个IPv4的TCP客户指定一个IPv4目的地址调用connect，或一个IPv4的UDP客户指定一个IPv4目的地址调用sendto，则无需任何处理。这指的是图中标有IPv4的两个箭头。
2.如果一个IPv6的TCP客户指定一个IPv6目的地址调用connect，或一个IPv6的UDP客户指定一个IPv6目的地址调用sendto，则无需任何处理。这指的是图中标有IPv6的两个箭头。
3.如果一个IPv6的TCP客户指定一个IPv4映射的IPv6目的地址调用connect，或一个IPv6的UDP客户指定一个IPv4映射的IPv6目的地址调用sendto，则内核检测到这个映射地址后，改为发送一个IPv4数据报而非IPv6数据报。这指的是图中两个虚线箭头。
4.不论是调用connect还是sendto，IPv4客户都不能指定一个IPv6地址，因为16字节的IPv6地址超出了IPv4的sockaddr_in结构中in_addr成员结构的4字节长度。因此上图中没有从IPv4套接字到IPv6协议框的箭头。
IPv4数据报发送到某个IPv6套接字的情形中，由IPv6套接字端的内核把收到的IPv4地址转换成IPv4映射的IPv6地址，并通过accept或recvfrom函数把映射后的IPv6地址透明地返回给应用进程；而通过某个IPv6套接字发送IPv4数据报的情形中，从IPv4地址到IPv4映射的IPv6地址之间的转换由解析器（如getaddrinfo函数）完成，映射后的IPv6地址随后由应用进程透明地传给connect或sendto函数。
上图中填有IPv4或IPv6的栏目表示相应的组合有效，并指出了实际使用的协议，标有（无）的栏目表示相应的组合无效。最后一行第三列标了星号，因为该栏目的互操作性取决于客户选择的地址，如果选择AAAA记录从而发送IPv6数据报，就不能工作；如果选择A记录，这个A记录实际作为IPv4映射的IPv6地址返回给客户，使得客户发送的是IPv4数据报，那就能工作。
尽管以上表格中有四分之一的组合不能互操作，但在可预见的将来，IPv6的多数实现都运行在双栈主机上，而不是IPv6单栈实现，因此，我们如果删去上表中第二行和第二列，则所有不能互操作的栏目都消失了，只剩下标了星号的栏目。
有些IPv6应用必须要清楚与其通信的对端是不是IPv4对端，头文件netinet/in.h中定义了以下12个宏用于测试一个IPv6地址的类型：
前7个宏测试IPv6地址的基本类型，后5个宏测试IPv6多播地址的范围。
IPv4兼容的IPv6地址用于不被看好的某个过渡机制，不太可能实际看到这类地址，没有测试它的必要（IN6_IS_ADDR_V4COMPAT）。IPv6 地址由128位组成，而IPv4地址只有32位。为了在IPv6中处理IPv4地址，IPv6兼容地址会在高位部分填充零，并在低位部分使用32位的IPv4地址，这样的地址结构使得IPv6协议栈能够处理与IPv4相关的操作。
IPv6客户可用IN6_IS_ADDR_V4MAPPED宏测试由解析器返回的IPv6地址，IPv6服务器可用该宏测试由accept或recvfrom函数返回的IPv6地址。
FTP的PORT指令是需要使用IN6_IS_ADDR_V4MAPPED宏的例子，如果启动一个FTP客户，登录到一个FTP服务器，然后发出FTP的dir命令，则FTP客户将通过控制连接向FTP服务器发送一个PORT指令，这条指令把客户的IP地址和端口号告知服务器，服务器随后据此建立一个数据连接。但IPv6的FTP客户必须清楚对端是IPv4服务器还是IPv6服务器，因为两者所需的PORT指令格式不同，如果对端是IPv4服务器，PORT的格式类似PORT a1,a2,a3,a4,P1,P2，前4个数字（每个都在0~255之间）构成一个4字节IPv4地址，后2个数字构成2字节的端口号；如果对端是IPv6服务器，则需要一个EPRT指令（它类似于PORT指令，允许客户端指定用于数据连接的地址和端口，它是PORT指令的优化版本，用以解决在某些网络配置下可能出现的问题，如NAT（网络地址转换）和防火墙会导致PORT指令出现问题，或IPv6地址格式与IPv4不同导致PORT指令出现问题），其中包含一个地址族、文本格式的地址、文本格式的端口号。
大多现有的网络应用是为IPv4编写的，这些应用填写一个或多个sockaddr_in结构，并且调用socket时第一个参数总是AF_INET。大多IPv4应用转换成IPv6应用并不费劲，有许多修改操作可用编辑脚本自动执行，较为依赖IPv4的程序转换起来比较麻烦，因为它们使用了诸如多播、IP首部选项字段、原始套接字等特性。
如果在源码上把一个应用的IPv4版本转换成IPv6版本并发布它，我们还需考虑使用者的系统是否支持IPv6。这个考虑的典型处理方法是在代码中到处使用#ifdef，以尽可能使用IPv6（IPv6客户仍能与IPv4服务器双向通信）。这种方法在代码中插入许多#ifdef，在代码理解和维护上造成困难。
更好的方法是把程序向IPv6的转换视为促成程序变得协议无关的一个机会。首先去除所有gethostbyname和gethostbyaddr函数，改用getaddrinfo和getnameinfo函数，这使得我们能把套接字地址结构作为不透明对象来处理，就像bind、connect、recvfrom函数所做的那样，用一个指针及大小来引用它们。第三章中的sock_XXX函数中含有#ifdef以处理IPv4和IPv6的不同，这样将所有协议相关的内容隐藏在函数中将简化我们的代码。
另一点需要考虑的是，如果我们在一个同时支持IPv4和IPv6的系统上编译源代码，然后发布其可执行代码或目标文件（而不是源码），但某个使用者却在不支持IPv6的系统上执行我们的程序，会发生什么？有一种可能：本地名字服务器支持AAAA记录，能够为应用尝试连接的对端主机返回AAAA记录和A记录，当应用调用socket创建IPv6套接字时，如果本地主机不支持IPv6，则socket函数将失败。我们可以忽略socket函数的错误，继续尝试由名字服务器返回的地址列表中的下一个地址，这些细节可由第十一章中的getaddrinfo函数的接口函数来处理。假如对端主机有一个A记录，名字服务器在返回所有的AAAA记录后还返回了这个A记录，就有可能成功创建IPv4套接字。这类功能应由某个库函数提供，而不应出现在每个应用程序的源码中。
IPV6_ADDRFORM套接字选项可以将IPv6套接字转换为IPv4-only或IPv6-only的套接字，但其语义从未被完整描述，且它仅在特定情况下才有用，因此后来把它删除了。现在某些系统里仍有IPV6_ADDRFORM套接字选项，可通过系统手册查看其语义。
双栈主机上的IPv6服务器既能服务IPv4客户，又能服务IPv6客户。IPv4客户发送给这种服务器的仍然是IPv4数据报，但服务器的协议栈会把客户主机的地址转换成IPv4映射的IPv6地址，因为IPv6服务器仅处理IPv6套接字地址结构。
双栈主机上的IPv6客户能和IPv4服务器通信，客户的解析器会把服务器主机所有的A记录作为IPv4映射的IPv6地址返回给客户，而客户指定这些地址之一调用connect将会使双栈发送一个IPv4 SYN分节。只有少量特殊客户和服务器需要知道对端使用的协议（如FTP），可在使用IPv6的程序中使用IN6_IS_ADDR_V4MAPPED宏判定对端是否在使用IPv4。
在一个运行IPv4和IPv6的双栈主机上启动一个IPv6的FTP客户，连接到一个IPv4的FTP服务器，确保客户处于主动模式（可能需要发出passive命令关闭被动模式），之后发出debug命令，然后是dir命令。然后对一个IPv6的FTP服务器执行同样操作，比较由dir命令引发的两个PORT指令。以下是相关的摘录片段，省掉了登录和列出的目录等内容，主机freebsd上的FTP客户不论服务器使用IPv4还是IPv6，总是先尝试EPRT命令，若不工作则退回到PORT命令：
当FTP客户处于主动模式时，当需要建立数据连接时，会给服务器发送一个端口号，让服务器主动开启数据连接。
如果FTP通信的双方的端口都是开放的，那么使用主动模式和被动模式都可以通信。而如果FTP的客户有防火墙，在FTP的主动模式下，FTP服务器会尝试连接FTP客户端的数据端口，但是由于客户端可能会有防火墙等网络安全设备的限制，导致连接失败。使用被动模式可以避免这个问题，因为在被动模式下，FTP服务器会监听一个端口（在passive命令的应答中返回），等待客户端连接然后发送给客户端数据。
