随着网民人数的不断增多，可分配IPv4地址面临枯竭，使用下一代互联网协议IPv6替代IPv4是解决地址不足问题的根本方法。但是协议升级不可能在短时间内完成，因此IPv4向IPv6过渡技术便发展起来。目前IPv4向IPv6过渡技术有双栈技术、隧道技术和协议翻译技术。在协议翻译技术中，DNS64与NAT64过渡方案受到众多研究组织的关注，因此本文围绕DNS64进行了深入的研究。未来DNS64服务器将面临巨大的访问压力，需要使用服务器集群来解决此问题，同时需要负载均衡算法来提升集群的处理性能；DNS64同DNS一样面临着严峻的安全问题，尤其是DDoS攻击，所以需要一种及时有效的DDoS攻击检测方法来提升其预警能力。首先，通过对集群的负载均衡的研究，提出了基于最小离散度的DNS64集群负载均衡方法，此方法考虑到DNS64系统具有缓存的特点，将相同域名的请求发送到同一台DNS64服务器上，这样可以减少响应时间。同时收集各台服务器的负载率，根据负载率的离散度来衡量是否负载均衡，如果离散度过大，说明负载不均衡，则根据服务器状态进行分配表的分配，使集群处理性能得到充分发挥。然后，通过对DNS分布式拒绝服务攻击检测的研究，提出了基于线性拟合的熵检测方法，通过此方法能够进行动态的阈值设置，能够快速的发现DDoS攻击；从降低误报率的角度出发，结合DNS64分布式拒绝服务攻击的特征，提出了基于攻击特征的改进方法，通过此方法可以降低熵检测方法的误报率。最后，通过对DNS64原理的研究，设计并实现了DNS64系统，此系统能够正确和高效的完成DNS64功能。通过本文的研究，一定程度上提高了DNS64应对大规模访问的能力，增强了DNS64抵御DDoS攻击的能力，为以后DNS64的部署奠定了基础。