网络学习ipv4与ipv6互操作性

一、 简介
假设我们本章讨论的主机都是支持双栈的,即支持IPv4地址,也支持Ipv6地址。

我们本次讨论的点:客户端与服务器端使用的是不同类型的地址。因为相同类型的地址没什么可讲的。
二、 IPv4客户端与IPv6服务器
即,客户端使用IPv4地址套接字来通信,服务器端使用IPv6地址套接字通信。
原理:

  1. 首先IPv6服务器主机保证既有IPv4地址,又有IPv6地址。
  2. IPv4客户端通过getaddrinfo函数,找到服务器端的IPv4地址,然后进行连接。
  3. 来自客户端的IPv4的SYN到达服务器端,服务器端内核就把这个IPv4的SYN,映射为IPv6的SYN(就是把IPv4的IP地址映射为IPv6的IP地址),然后交给进程。所以服务器端accept、recvfrom的套接字地址都是IPv6的。
  4. 然后服务器端进程进行响应ACK,进程发送一个IPv6的ACK到内核,内核查看目的地址,就知道这个IPv6的地址是经过映射过来的。所以内核就是这个IPv6地址映射为IPv4地址发送出去。
  5. 这样就正常通信了,即实际上还是通过IPv4包进行通信的。然而服务器和客户端进程都不知情的,这些工作由服务器内核完成。
    注意:如果IPv6服务器主机没有IPv4地址,则这样的通信无法完成。

三、 IPv6客户端与IPv4服务器
即,客户端使用IPv6地址套接字来通信,服务器端使用IPv4地址套接字通信。
原理:

  1. 首先IPv4服务器主机中没有IPv6地址。
  2. IPv6客户端通过getaddrinfo函数,且hints的结构中的标志为AI_V4MAPPED。则我们就可以通过getaddrinfo函数得到服务器主机的IPv4地址映射的IPv6地址。
  3. 然后客户端使用这个IPv6地址调用connect,而内核检测出这个IPv6的地址是映射的,所以就会把这个IPv6地址转成IPv4地址,然后发送出去。
  4. 这样IPv4服务器就得到了IPv4的SYN,然后响应IPv4的ACK。
  5. 客户端接收到这个IPv4的ACK后,内核就会把这个IPv4的ACK转为IPv6的ACK,从而进行通信。
  6. 实际上还是通过IPv4的包进行通信的。服务器和客户端进程不知情。由客户端内核完成。
    注意:如果此时IPv4服务器主机有IPv6地址,则尽管hints的结构中的标志为AI_V4MAPPED,但是getaddrinfo也返回原有的IPv6地址,这样的话,双方无法完成通信。这时我们可以通过在主机名上加-4,来规定只查询A记录。这样就可以通信了。

四、 错误的组合
上述的两种错误情况,都是因为内核无法将IPv6地址转为为IPv4地址,因为IPv6有128位,而IPv4地址只有32位。
总结一下:即

Paste_Image.png

即:

  1. 显然如果双方都是单栈主机,也双方的协议必须相同。

  2. IPv4双栈客户,无法与IPv6的单栈服务器通信。即上面的第1种错误情况。

  3. Ipv6单栈客户,无法与Ipv4的双栈服务器通信。

  4. IPv6双栈客户是否可以与IPv4双栈客户通信取决于实现,即如果getaddrinfo获取的是IPv4映射的IPv6地址,则可以通信。如果获取的是真正的IPv6地址,则无法通信。

  5. 其实问题就是在于实现了IPv6的主机上,尽量也要实现IPv4,这样的话,我们可以看到,去除表的第二行和第而列,则表中的(无)就没有了。只剩下(无*)。
    五、 IPv6地址测试宏
    有一些IPv6应用程序想要知道,某个IPv6地址到底是IPv4映射过来的,还是本身就是IPv6地址。我们可以使用宏:

include <netinet/in.h>

int IN6_IS_ADDR_V4MAPPED(const structin6_addr* apt);
来进行检测。

六、 建议
尽量写一些与具体协议无关的函数。
尽量使用与具体协议无关的函数。
还有从上述的表中可以看出,我们在编写服务器时,在服务器主机支持双栈协议的情况下,把服务器的地址写成IPv6地址,这样可以接收任何协议的客户端。

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