图5 IPv4兼容IPv6自动隧道原理图
 
图6 R1报文封装图

R1与R2通信时，IPv6报文的源地址是隧道自己的接口地址::1.1.1.1，目的地址是对方隧道的接口地址（即R2的隧道接口地址）::2.2.2.2。在R1发起通信时，首先根据路由表得知目的地址::2.2.2.2需要通过隧道转发，就将报文送到隧道接口进行封装。封装时，原有的IPv6报文封装为IPv4报文，IPv4报文的源地址为隧道的起点1.1.1.1，而目的地址直接从IPv4兼容的IPv6地址::2.2.2.2的后32位提取过来，即2.2.2.2（如图6）。
这个报文经过IPv4网络到达目的地R2（地址为2.2.2.2）时，R2对此IPv4报文解封，取出IPv6报文。送给IPv6协议栈处理。R2返回R1的报文逆向进行这一操作（如图7）。

 
图7 R2报文封装图

从上面的分析知，IPv4兼容IPv6自动隧道是随报文动态建立的隧道。无论要和多少个对端建立隧道，本端只需要一个接口，路由器维护简单。但是，它要求IPv6地址必须是特殊的IPv4兼容IPv6地址，有很大的局限性。同时，因为IPv6报文中的地址前缀只能是0:0:0:0:0:0，也就是所有的节点处于同一个IPv6网段中，所以它只能做到节点本身的通信，而不能通过隧道进行报文的转发。这种局限性在6to4隧道技术中得到很好的解决。