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.

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 FrameworksDon’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 WebNetworking 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

  1. 确保你的Mac连接到互联网, 但不是通过Wi-Fi
  2. 启动 System Preferences
  3. 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

  1. 在共享列表中选择 Internet Sharing

图 10-8 配置Internet Sharing

  1. 放开 Option
  2. 勾选 Create NAT64 Network 复选框

图 10-9 启用一个本地IPv6 NAT64网络

  1. 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

  1. 选择Wi-Fi复选框

图 10-11 通过Wi-Fi开启共享

  1. 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

  1. 勾选 Internet Sharing 复选框启动你的本地网络

图 10-14 启动网络共享

  1. 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。

稿源:P_Chou Tech Space (源链) | 关于 | 阅读提示

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