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  • ​​背景​​
  • ​​ipv6 访问 ipv4​​
  • ​​NAT64​​
  • ​​nat64 rfc​​
  • ​​dns64 rfc​​
  • ​​nat46​​
  • ​​Dual stack: 双栈​​
  • ​​程序实现双栈​​
  • ​​查看一个域名是否支持ipv6的4A记录​​
  • ​​客户端的连接处理​​
  • ​​参考​​

背景

IPv6出来已经很多年，虽然距离普及还很远，但项目里要加上,IPv6最大的问题是包格式与IPv4不兼容。

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   |Version|  IHL  |Type of Service|          Total Length         |
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   |         Identification        |Flags|      Fragment Offset    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |  Time to Live |    Protocol   |         Header Checksum       |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                       Source Address                          |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Destination Address                        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |                    Options                    |    Padding    |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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   |Version| Traffic Class |           Flow Label                  |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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   |                                                               |
   +                         Source Address                        +
   |                                                               |
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   +                      Destination Address                      +
   |                                                               |
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粗略一看，这个应该是兼容的啊。毕竟前4bit都是版本号，拿到数据包时，判断一下版本号，根据不同的版本号做不同的处理，即可做兼容，很多软件都是这么做的。
然而问题是，IP数据包涉及的不仅仅是软件，还有硬件，比如路由器。当一个数据包经过路由器时，它需要解析包头里的数据，得到目标地址，才知道数据包转发到哪里。如果这个包头格式不一样了，那这个数据包就无法正常转发。对于软件，可以重新发布一个版本来解决，但绝大部分的家用路由器，是不带更新功能的，那要让它支持Ipv6，只能扔掉买一个新的。在现实生活中，一个数据包的传输，可能会经过很多路由的，例如：

客户端 --------> 家庭路由 --------> 小区路由 --------> ISP主路由 --------> 服务器

当这个问题扩大到整个社会，就会有无数的家庭路由，无数的小区路由。ISP的主路由和服务器由于商业的驱动，可以及时更新，而无数的家庭路由，无数的小区路由，显然没法短时间内全部更新，也没必要更新。

目前的情况是，客户端、路由器都有可能支持IPv6，也有可能都不支持，因此IPv4和IPv6的兼容是必须得做的，不然就可能失去一部分用户了。
这个兼容是指“不管客户端以及所经过的路由是IPv4还是IPv6，不管服务器是IPv6还是IPv4，两者都能正常进行交互”。排除正常的条件（（如：客户端为IPv6，服务器也是IPv6）的情况，需要特殊处理的情况为IPv4访问IPv6和IPv6访问IPv4。

ipv6 访问 ipv4

NAT64

既然IPv6和IPv4兼容性是由它们的IP报文不一样，那么可以弄一个专门转换报文的服务，即NAT64（Network Address Translation IPv6 to IPv4）。

注： 比如 DPVS中的 NAT64 功能。

一个IPv6客户端想把一个报文发往一个IPv4服务器，就需要一个包含IPv4地址的IPv6地址，这由一个特殊的DNS服务提供，即DNS64。

服务器只有ipv4地址，所以服务器的域名对应一个ipv4地址；
client是ipv6地址进行请求，需要返回一个ipv6地址，所以给服务器的ip + ipv6 前缀。

整体上：

NAT64 + DNS64 实现 ipv6 client 访问 ipv4 Server.
类似于：DNS中配置域名的4A 记录为 ipv6 的vip + DPVS中配置 NAT64(IPV6 VIP下挂IPv4 服务)。

现在有一个ipv6 client需要访问ipv4 服务器，则：需要给这台服务器配置NAT64和DNS64，否则用户就访问不了了。流程如下所示：

DNS64
  ^   |
  |   |
  |   v
IPv6客户端 --------> IPv6路由器 --------> NAT64(192.168.0.101) --------> IPv4服务器(192.168.0.100)

1>运维部署一台NAT64服务器（自建，也可以是云服务商提供的服务器），配置好服务器的IPv4地址（以192.168.0.100为例）和IPv6前缀（一般是64:ff9b::/96 ）

2>运维在DNS64服务器（DNS64服务器可能是自建，也可能是公共DNS64服务器，也可以是云服务商提供的服务器）把域名指向NAT64服务器的IPv4地址（以192.168.0.101为例）及前缀（必须和NAT64配置的前缀一致）

3>IPv6客户端需要和服务器通信，根据域名发起IPv6 DNS查询，由于服务器不支持IPv6，所以没有查询到。但是DNS64服务器发现了一个IPv4的地址，于是把这个IPv4加上前缀，得到一个IPv6地址，即64:ff9b::192.168.0.101，于是客户端往这个地址发请求。

4>NAT64收到IPv6数据包，会解析IP地址的前缀，发现和运维配置的前缀一致，于是把这个数据包转换为一个IPv4数据包，按NAT规则往配置好的服务器地址发送IPv4数据包

5>IPv4服务器收到IPv4数据包，返回IPv4数据包

6>NAT64收到服务器返回的数据包，按NAT规则转换为IPv6数据包，返回给IPv6客户端，完成了交互

注：

  • DNS64返回域名对应的4A记录, 需保证流量可以路由到NAT64服务器。

nat64 rfc

通过NAT64实现ipv6 client 访问ipv4 Server_DNS


参考：​​nat64 rfc6146​​

dns64 rfc

通过NAT64实现ipv6 client 访问ipv4 Server_客户端_02

参考：​​dns64 rfc6147​​

nat46

NAT64原本设计的目的是让IPv6客户端访问IPv4，而不是IPv4访问IPv6。
实际中，ipv4 访问 ipv6 的需求比较少。
因为IPv4是旧标准，既然服务器支持IPv6，说明是从IPv4升级而来的，那保留IPv4功能即可。直接是NAT44，而不需要NAT46。
但事情也不是这么绝对，因此虽然很少有人提及，但还是有NAT46这种东西的，
见：​​​NAT64 - NAT46​​

Dual stack: 双栈

既然IPv4和IPv6不兼容，那就没必要让它们兼容。可以同时开启IPv4和IPv6，这样各走各的路，互不干扰。那这就需要同时实现IPv4和IPv6协议栈，即双栈（Dual Stack）。

~$ ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: enp2s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
    link/ether b4:b5:2f:91:fe:21 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.3.6/24 brd 192.168.3.255 scope global dynamic noprefixroute enp2s0
       valid_lft 73235sec preferred_lft 73235sec
    inet6 fe80::f2a1:25a2:d365:468c/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

可以看到，网卡2有两个地址：inet 192.168.3.6和inet6 fe80::f2a1:25a2:d365:468c，说明支持双栈。
最简单的办法，同时

程序实现双栈

最简单的办法，同时开两个socket，一个IPv4，一个IPv6，问题是这样写代码有点复杂。

  • 范例
root@debian:/home# netstat -lp | grep master
tcp6       0      0 [::]:8182               [::]:*                  LISTEN      1458/./master
root@debian:/home# telnet 127.0.0.1 8182
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
^C^]
telnet> quit
Connection closed.
root@debian:/home# telnet -6 ::1 8182
Trying ::1...
Connected to ::1.
Escape character is '^]'.
^]
telnet> quit
  • Linux下，同一个程序以Dual Stack模式监听时，netstat只显示IPv6的监听（上面telnet测试就只grep到一个记录），而部分程序（如sshd）则显示两个，如下所示，猜测可能是开了两个socket监听而不是用双栈实现。
# linux
root@debian:/home# netstat -lp | grep sshd
tcp        0      0 0.0.0.0:ssh             0.0.0.0:*               LISTEN      595/sshd
tcp6       0      0 [::]:ssh                [::]:*                  LISTEN      595/sshd
  • 用::1去监听时，只能通过::1来连接，用127.0.0.1是不行的。用::监听则可以用::1或者127.0.0.1连接
  • 双栈虽然可以接受IPv4连接，但实际上是以IPv6模式来处理的，因此获得到的对端的IP地址为::ffff:192.0.2.1这种IPv4-mapped IPv6的格式，而不是原生的IPv4地址。
  • ::ffff:127.0.0.1虽然是一个IPv6地址，但它不是::1，而是是等同于127.0.0.1。即监听::ffff:127.0.0.1时，只能从127.0.0.1连接，用::1是连不上的。
  • ::ffff:c000:201和::ffff:192.0.2.1这两个地址是相同，把::ffff:c000:201用getaddrinfo解析，得到的就是::ffff:192.0.2.1,它们的转换算法：

查看一个域名是否支持ipv6的4A记录

想测试一个域名是否支持IPv6，有很多工具，比如nslookup -type=AAAA www.google.com 114.114.114.114；

也可以在线测试 ：​​拨测：ipv6检测​​

通过NAT64实现ipv6 client 访问ipv4 Server_服务器_03

客户端的连接处理

  • 服务端角度
    服务端如果需要对外部署的话，无论是自建服务器还是云服务器，在部署的时候都能够知道是否支持IPv6；
  • 客户端角度
    客户端是不能确定服务端是否启动ipv6以及到达服务端的链路是否支持ipv6的。
    公司可以发布一个支持IPv6的客户端，但即使查询IPv6的DNS成功，也无法保证客户端到服务器之间的所有设备都支持IPv6，DNS查询成功只是表示客户端到DNS服务器之间的IPv6链路是通的，与服务器不是同一条链路，直接用IPv6去连服务器可能会失败。
    IETF推荐的做法是：优先查询IPv6地址，然后是IPv4地址，一个个尝试去连接。没看错，就是for循环一个个去试。

参考


https://www.h3c.com/cn/d_201908/1222492_30005_0.htm