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iOS 支持 IPv6 DNS64/NAT64 网络

zhangfaliang / 2864人阅读

摘要:原文支持网络从年月日起,应用必须支持,否则审核将被拒。这是由多方面因素造成的。参见网络状态监测。比如,域名解析时使用地址簇,而不是地址簇。连接时无需网络预检检测网络可达性的参见用来在遇到连接异常时进行诊断。

原文:IOS支持IPv6 DNS64/NAT64网络

从2016年6月1日起,iOS应用必须支持IPv6,否则审核将被拒。详见Supporting IPv6 DNS64/NAT64 Networks。本文是翻译稿。从本文中可以学到有关IPv6过度时期的网络架构和具体IOS应用如何兼容的知识。

随着IPv4地址池即将耗尽,企业和移动通信供应商在逐步部署IPv6 DNS64/NAT64网络。IPv6 DNS64/NAT64是一个仅有IPv6的网络,且能通过转换继续支持IPv4。根据你app的性质,这样的转化会有不同的影响:

如果你是编写客户端应用,并且使用高层次的网络API,如NSURLSession和CFNetwork框架,使用域名连接。那么你无需更改你的应用,即可工作在IPv6地址下。如果你不是采用域名连接,你可能需要看Avoid Resolving DNS Names Before Connecting to a Host。关于CFNetwork,参见CFNetwork Framework Reference

如果你是编写服务器程序,或者是底层网络应用,你需要确保你的socket代码能同时在IPv4和IPv6地址下工作。参见[RFC4038: Application Aspects of IPv6 Transition.
](https://tools.ietf.org/html/rfc4038)。

什么推动了IPv6

主要的网络供应商,包括美国的蜂窝移动网络供应商,在积极地推进和部署IPv6。这是由多方面因素造成的。

World IPv6 Launch是个追踪全球范围内部署活动的组织。访问World IPv6 Launch website可以看到近期的进程。

IPv4地址逐渐耗尽

近几年,众所周知,IPv4地址最终将耗尽,无类域间路由(Classless Inter-Domain Routing)和网络地址转换(NAT)等技术延缓了这势在必行的趋势。然而,2011年1月31日,最上层的IPv4分配机构Internet Assigned Numbers Authority(IANA)宣布地址用尽。American Registry for Internet Numbers (ARIN)预计在2015年夏季用完IPv4地址。从这里查看倒计时。

IPv6比IPv4高效

除了能解决IPv4耗尽的问题,IPv6比IPv4更加高效,比如:

无需网络地址转换(NAT)

使用简介的头部信息可以加快在网络中的路由

避免网络数据包碎片

相邻地址解析时避免使用广播 (Avoids broadcasting for neighbor address resolution)

4G开发

第四代移动通信技术(4G)仅基于包交换,由于IPv4地址的限制,为了保证4G开发的扩展性,需要IPv6的支持

多媒体服务兼容性

IP Multimedia Core Network Subsystem (IMS) 允许一些服务通过IP传输,例如多媒体SMS消息和VoLTE。 有些服务提供商使用IMS时仅支持IPv6。

成本

业界在向IPv6迁移的过程中,需要继续支持古老的IPv4网络,这使运营商产生了额外的操作和维护成本。

DNS64/NAT64转换流程

为了缓解IPv4地址的耗尽,许多IPv4网络采用NAT技术。尽管这种方案临时奏效,但是实践证明耗资巨大并且不够可靠。如今,随着越来越多的设备使用IPv6,运营商必须同时支持IPv4和IPv6,这种努力却是花费巨大的。


图 10-1 蜂窝移动网络分别提供IPv4和IPv6链接

理想情况下,运营商希望丢掉对IPv4的支持。然而,这么做会导致客户端无法访问基于IPv4的服务器,而IPv4的服务器依然是网络的重要组成部分。为了解决这个问题,大多数的网络供应商实现了一个叫DNS64/NAT64的转换流程。这是个纯IPv6网络,并通过转换也可继续访问IPv4的内容。


图 10-2 蜂窝移动网络用DNS64和NAT64来部署一个IPv6网络

在这个流程中,如果客户端向DNS64服务器发起一个DNS查询,当DNS找到一个基于IPv6的地址后,立刻返回客户端。如果无法找到对应的IPv6地址,DNS64服务器将请求IPv4地址,然后DNS64服务器将IPv4作为前缀合成一个IPv6地址,并且将其返回给客户端。这样,客户端将总是获得一个IPv6目标地址,见图10-3。


图 10-3 DNS64 IPv4到IPv6转换过程

当客户端向服务端发送请求时,目标地址为合成后的IPv6地址会自动由NAT64网关路由过去。对于请求,网关作的是IPv6到IPv4的转换。同样的,对于服务器响应,网关作的是IPv4到IPv6的转换。见图10-4


图 10-4 DNS64/NAT64转化方案的流程

IPv6和App Store的要求

对IPv6 DNS64/NAT64网络的兼容性,将是App Store的提交时的必须条件,所以兼容对于app来说是相当重要的。好消息是,大多数app已经是IPv6兼容的了。对于这些app,进行定期的回归测试依旧是必要的。对于那些IPv6不兼容的应用在面对DNS64/NAT64网路时可能遇到麻烦。幸运的是,解决问题通常很简单,下面章节会讨论这个问题。

常见的阻碍IPv6支持的行为

有几个导致应用无法支持IPv6的场景。本节描述如何解决这些问题。

嵌入IP地址的协议。许多通信协议,像SIP, FTP, WebSockets, P2PP,都可能在协议的报文中包含了IP地址。例如,FTP参数命令DATA, PORT, PASSIVE的交换信息中包含了IP地址。类似的,IP地址值可能出现在SIP的头部,像To, FROM, Contact, Record-Route以及Via。参见Use High-Level Networking Frameworks和Don’t Use IP Address Literals

配置文件中使用IP地址。参见Don’t Use IP Address Literals

网络状态监测。许多app试图主动的监测网络连接和wifi连接,却将IP地址作为参数而调用网络可达性相关的API。参见Connect Without Preflight

使用底层网络接口。一些app直接使用socket和其他的低层次网络API,比如gethostbyname gethostbyname2inet_aton。这些API很容易因为错误使用而仅支持IPv4。比如,域名解析时使用AF_INET地址簇,而不是AF_UNSPEC地址簇。参见Use High-Level Networking Frameworks

使用了小的地址簇存储容器。一些app和网络库,使用了例如unit32,in_addr,sockaddr_in这种32位或更小的容器来存储地址。参见Use Appropriately Sized Storage Containers

确保IPv6 DNS64/NAT64兼容性

附上下面的指导来确保IPv6 DNS64/NAT64的兼容性。

使用高层次的网络框架

app请求网络时,可以构建在高层次的网络框架上,也可以使用底层的POSIX兼容的socket接口。在多数情况下,相比底层接口,高层次的接口效率高一些,兼容性好,容易使用,不容易掉入通常的编程错误陷阱中。


图 10-5 网络框架和API层次

WebKit。此框架提供一系列的类用来在窗口上显示web内容,而且实现了浏览器特性,诸如:链接、前进后退管理、最近访问历史。WebKit将加载网页的流程简化了,包括异步地从HTTP服务器上请求网页内容,这些服务器响应的数据包可能一点点送达,也可能以随机的顺序到达,甚至可能由于网络错误收不全。详见WebKit Framework Reference

Cocoa URL loading system。这个系统用于简单地通过网络发送和接收数据,却不需要提供显示的IP地址。数据的发送和接收使用这几个类中的一个:NSURLSession NSURLRequest NSURLConnection,这些类使用NSURL对象。NSURL对象允许你操作URL。创建一个NSURL对象时使用initWithString:方法,并传入一个指定的URL。调用NSURL类的checkResourceIsReachableAndReturnError:方法检测目标主机的可达性。详见URL Session Programming Guide

CFNetwork。这个核心服务框架提供了一个抽象网络协议的库。这个库提供了大量易用的网络操作,比如BSD socket,DNS解析,处理HTTP/HTTPS。调动CFHostCreateWithName方法,避免显示的使用IP地址来标识主机。调用CFStreamCreatePairWithSocketToCFHost与主机建立TCP链接。详见CFNetwork Programming Guide中的CFNetwork Concepts

如果你需要使用低层次的socket接口,参看如下指导:RFC4038: Application Aspects of IPv6 Transition

Getting Started with Networking, Internet, and Web 和 Networking Overview 提供详细的网络框架API的说明

不要使用IP地址

在许多API中请确保不再使用点分十进制表示的IPv4地址,例如getaddrinfoSCNetworkReachabilityCreateWithName。取而代之,应该使用高层次网络框架和地址无关的API,例如在使用getaddrinfogetnameinfo时,传入主机名或域名。详见:getaddrinfo(3) Mac OS X Developer Tools Manual Page 和 getnameinfo(3) Mac OS X Developer Tools Manual Page。

从IOS9何OSX10.11开始,NSURLSessionCFNetwork会在本地自动将IPv4的地址合成IPv6地址,便于与DNS64/NAT64通信。不过,你依旧不该使用IP地址串。

连接时无需网络预检

检测网络可达性的API(参见SCNetworkReachability Reference)用来在遇到连接异常时进行诊断。许多app错误的使用了API,它们往往通过调用SCNetworkReachabilityCreateWithAddress方法,并将IPv4地址0.0.0.0作为参数传入,来不断检查网络连接,实际表示是否至少可达一个路由(which indicates that there is a router on the network)。然而,即使有这样的路由也不保证互联网的连接存在。总之,避免进行网络可达性的检测。只需要直接进行连接,并且优雅的处理失败的情况。如果你确实需要检测网络可用性,需避免使用SCNetworkReachabilityCreateWithAddress,而是调用SCNetworkReachabilityCreateWithName,并传入主机名。

有些app还在调用SCNetworkReachabilityCreateWithAddress的时候传入IPv4地址169.254.0.0(一个自动分配的本地IP),试图检测Wi-Fi连接。若要检测Wi-Fi或蜂窝移动网络连接,参见网络可达标识kSCNetworkReachabilityFlagsIsWWAN

使用合适的Storage Container大小

使用Storage Container结构,如sockaddr_storage,用以有足够的空间存放IPv6地址。

检查代码不兼容IPv6 DNS64/NAT64的代码

查找并删除IPv4相关的API,如:

inet_addr()

inet_aton()

inet_lnaof()

inet_makeaddr()

inet_netof()

inet_network()

inet_ntoa()

inet_ntoa_r()

bindresvport()

getipv4sourcefilter()

setipv4sourcefitler()

如果你处理的IPv4的类型,去报同时处理对应的IPv6类型

IPv4 IPv6
AF_INET AF_INET6
PF_INET PF_INET6
struct in_addr struct in_addr6
struct sockaddr_in struct sockaddr_in6
kDNSServiceProtocol_IPv4 kDNSServiceProtocol_IPv6
使用系统API合成IPv6地址

如果你的app需要连接到仅支持IPv4的服务器,且不使用DNS域名解析,请使用getaddrinfo处理IPv4地址串(译注:getaddrinfo可通过传入一个IPv4或IPv6地址,得到一个sockaddr结构链表)。如果当前的网络接口不支持IPv4,仅支持IPv6,NAT64和DNS64,这样做可以得到一个合成的IPv6地址。

代码10-1展示了如何用getaddrinfo处理IPv4地址串。假设你内存中有一个4个字节的IPv4地址串(如{192,0,2,1}),这个示例代码将之转化为字符串("192.0.2.1"),使用getaddrinfo合成一个IPv6地址结构(struct sockaddr_in6包含IPv6地址串为"64:ff9b::192.0.2.1"),然后尝试连接到这个IPv6地址。

代码 10-1 使用getaddrinfo处理IPv4地址串

#include 
#include 
#include 
#include 
 
uint8_t ipv4[4] = {192, 0, 2, 1};
struct addrinfo hints, *res, *res0;
int error, s;
const char *cause = NULL;

char ipv4_str_buf[INET_ADDRSTRLEN] = { 0 };
const char *ipv4_str = inet_ntop(AF_INET, &ipv4, ipv4_str_buf, sizeof(ipv4_str_buf));

memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = PF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
hints.ai_flags = AI_DEFAULT;
error = getaddrinfo(ipv4_str, "http", &hints, &res0);
if (error) {
    errx(1, "%s", gai_strerror(error));
    /*NOTREACHED*/
}
s = -1;
for (res = res0; res; res = res->ai_next) {
    s = socket(res->ai_family, res->ai_socktype,
               res->ai_protocol);
    if (s < 0) {
        cause = "socket";
        continue;
    }

    if (connect(s, res->ai_addr, res->ai_addrlen) < 0) {
        cause = "connect";
        close(s);
        s = -1;
        continue;
    }

    break;  /* okay we got one */
}
if (s < 0) {
    err(1, "%s", cause);
    /*NOTREACHED*/
}
freeaddrinfo(res0);

从IOS9.2和OSX10.11.2开始合成IPv6地址的功能才被加入到getaddrinfo。不过,这么用不会对旧的系统产生兼容性问题。参见getaddrinfo(3) Mac OS X Developer Tools Manual Page.

测试IPv6 DNS64/NAT64兼容性

大多数蜂窝移动供应商已经开始部署IPv6 DNS64/NAT64网络,测试这种网络最简单的的方法是用Mac建立一个本地的IPv6 DNS64/NAT64网络。你可以将其他设备链接到这个网络来测试。见图10-6

提示:IPv6 DNS64/NAT64网络仅在OSX 10.11及更高版本上可以设置。除此之外,基于Mac来建立的IPv6 DNS64/NAT64网络仅与支持RFC6106: IPv6 Router Advertisement Options for DNS Configuration的客户端设备兼容。如果你的设备不是iOS或OSX设备,请确保它支持RFC。还需注意的是:不同于运营商提供的DNS64/NAT64网络,基于Mac系统的IPv6 DNS64/NAT64总是返回合成后的IPv6地址。因此,它不能用于访问你本地网络以外的纯IPv6网络。


图 10-6 本地的基于Mac的 IPv6 DNS64/NAT64 网络

使用你的Mac建立本地的IPv6 Wi-Fi网络

确保你的Mac连接到互联网,但不是通过Wi-Fi

启动System Preferences

按住Option键(标准键盘是Alt键)点击Sharing,不要放开Option键。

图 10-7 打开Sharing preferences

在共享列表中选择Internet Sharing

图 10-8 配置Internet Sharing

放开Option

勾选Create NAT64 Network复选框

图 10-9 启用一个本地IPv6 NAT64网络

选择你用于互联连接的网络接口,例如蓝牙局域网(译者注:通常这里mac用以太网连接互联网,很少有用蓝牙的)

图 10-10 选择共享的网络接口

选择Wi-Fi复选框

图 10-11 通过Wi-Fi开启共享

点击Wi-Fi Options,配置你网络的网络名和安全选项

图 10-12 设置Wi-Fi网络选项

勾选Internet Sharing复选框启动你的本地网络

图 10-14 启动网络共享

当弹出确认是否开启共享时,点击Start

图 10-15 开启网络共享

一旦共享启动后,你应该可以看到一个绿色的状态指示灯和一段话说明共享已开启。在Wi-Fi菜单中,你同样将看到一个小的向上的箭头,表示网络共享已经开启。现在你拥有了一个IPv6 NAT64的网络,其他设备可以连接这个网络来测试app。


图 10-16 网络共享开启图标

提示:为了确保测试时严格使用本地的IPv6网络,请确认测试设备没有其他的网络接口正在使用。例如,如果你在测试iOS设备,确保蜂窝移动网络服务是禁用的,这样才能确保通过Wi-Fi连接。

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