编写一个简单r程序_编写一个简单的IPv6程序

苏乐

2023-12-01

编写一个简单r程序

在当今的网络世界中，IPv4是网络的基础，但是在最近的十年中，由于以下原因而出现了问题：

担心最快在2002年就用完IPv4地址空间
担心全局路由表中的容量不足

对于这些简单但严重的问题，网络地址转换（NAT）和无类域间路由（CIDR）（请参阅相关概念）已被用作权宜之计。 IPv6（也称为IPng（新一代IP））已被视为长期解决方案。

还计划对IPv4进行以下增强：

简化标题处理
支持扩展选项
服务质量功能，身份验证和隐私功能，流控制功能和自动配置等增强功能

所有这些更改背后的关键规则是IPv6应用程序应继续与IPv4应用程序一起使用。底线是IPv6应该支持混合的IPv6和IPv4环境。

本文将帮助您快速理解IPv6的概念，并在其中编写一个简单的程序。让我们从IPv6寻址开始。

IPv6寻址

IPv6中的地址类型：Anycast是新手

在IPv6中，存在三种类型的地址-单播，多播和任播。我们在IPv4中拥有单播地址，并且许多系统也支持多播。 Anycast是IPv6定义的一种新型地址。

单播：这类似于单个接口上的任何常规IP地址（例如， en0上的IPv4地址9.185.101.1）。
组播：发送到组播地址的数据包将传递到该地址标识的所有接口。由于多播类型可以处理广播地址类型，因此没有广播地址类型。
任播：发送到任播地址的数据包将传递到该地址标识的接口之一（根据路由协议对距离的度量，“最接近”的一个）。让我们考虑一种可以使用任播地址的情况-连接到服务提供商的路由器。假定服务提供商可以为您提供一组要连接的地址，然后选择其中一个地址。使用IPv6，服务提供商可以为您提供一个任播地址，您将使用该地址自动连接到“最近的”地址。这是IPv6中的一项新功能，关于其实现仍然有很多争论。

IPv6地址的写入方式：发生了什么变化

有三种将IPv6地址表示为文本字符串的常规形式：

1.主要形式：首选形式是x:x:x:x:x:x:x:x ，其中“ x”是地址的八个16位块的十六进制值。两个例子：

fe80:0:0:0:207:30ee:edcb:d05d
	1080:0:0:0:1:700:200B:417C

第一个地址中有八个十六进制字段：

fe80
0
0
0
207
30ee
edcb
d05d

在IPv6中，我们不在字段中写入前导零。也就是说，上面的第二个字段只是写为“ 0”，而不是“ 0000”。请注意，每个字段中有4个十六进制数字。每个十六进制数字是4位（并且可以表示0-F的十六进制值）。这意味着每个字段中有16位（4个十六进制数字x 4个数字/位数）。 IPv6地址的总大小为128位（8个十六进制字段x每个字段16位）。

2.上述地址的另一种表示形式：由于某些分配某些样式的IPv6地址的方法，地址通常包含零位长字符串。为了使写入包含零位的地址更容易，可以使用特殊语法来压缩零。 ::的使用表示16位零的多个组。 ::只能在地址中出现一次，也可以用于压缩地址中的前导零。例如：

FF01:0:0:0:0:0:0:101是可以写为FF01::101的多播地址。
0:0:0:0:0:0:0:1是可以写为::1的回送地址。

3.对于双重环境：处理IPv4和IPv6节点的混合环境时，有时更方便的另一种形式是x:x:x:x:x:x:dddd ，其中“ x”是十六进制值地址的六个高阶16位元中的一个，“ d”是地址的四个低阶8位元（标准IPv4表示）的十进制值-即前96个这些位表示为6 x 16位十六进制字段，最后32位为4 x 8位十进制数字。例如：

::9.184.201.1 
      ::ffff:9.184.209.2

IPv6地址前缀
IPv6地址前缀表示地址的网络部分，并用符号ipv6-address/prefix-length 。

举个例子：

fe80::206:29ff:fedc:e06e/64

在这种情况下， fe80::206:29ff:fedc:e06e是地址，而64是前缀长度。这两个一起为我们提供了地址前缀。在示例中，指定64表示我们采用上述128位地址的前64位来标识该地址的网络部分。

IPv6中的自动配置：即插即用

什么是自动配置？ 首先要做的是用IPv6地址设置一台机器。有一个在IPv6的一个有趣的功能，称为无状态自动配置多数民众赞成由RFC 2462定义（参见相关主题）。该RFC声明您的主机应该能够为您提供一个自动的，全球唯一的IPv6地址。

例如，在AIX中，只需启动机器并从#提示符下键入autoconf6 -v ，您将看到机器自动检测子网并为您分配有效的IPng地址。

我运行了ifconfig来查看IPv6地址。这是我的AIX机器上ifconfig -a的部分输出：

inet 9.184.209.3 netmask 0xffffff00 broadcast 9.184.209.255
	inet6 fe80::207:30ee:edcb:d05d/64

当我运行autoconf -v6时，我得到了inet6地址（ inet6在en0上定义）。现在，该计算机在同一物理以太网接口上同时具有IPv6和IPv4。

怎么做？ 用非常简单的术语来说，链路层地址用作获取IPv6地址以及主机和路由器进行通信的基础，以便主机可以了解有关子网的信息。（有关更详细的讨论，请参考RFC。）

其他操作系统怎么样？ 其他UNIX实现具有类似AIX的类似IPv6自动配置命令。还有许多IPv6的自由软件实现（请参阅参考资料）。

我可以手动配置吗？ 是。您还可以使用ifconfig配置IPv6地址。计划网络以分配网络前缀很重要。

隧道和映射的IPng地址：过渡应平稳

过渡问题的例子
考虑这种情况。我们有一个现有的IPv4环境，其中只有IPv4主机和路由器。现在，我们在网络中添加了一些IPv6路由器和主机。这些主机中的一些具有处理IPv6和IPv4地址的能力，其中一些是纯IPv6或纯IPv4。如果我们必须编写在此环境中运行的应用程序，则该应用程序的客户端和服务器应该能够处理所有可能的客户端-服务器对。也就是说，客户端或服务器可以完全是IPv4，完全是IPv6，或者既支持IPv6又支持IPv4。（有关详细说明，请阅读RFC 2893：“主机和路由器的转换机制” －请参阅参考资料。）

什么是隧道技术？ 再次，让我们举个例子。我们需要在IPv4网络上传送IPv6数据包。我们该如何进行？简单-我们只是将IPv6数据包封装在IPv4数据包中，然后通过IPv4网络发送它。这称为隧道。

配置的隧道：我们需要配置位于IPv4网络入口点的主机，以便它可以将IPv6数据包转换为IPv4数据包。另外，需要配置作为IPv4网络出口点的节点，以便它可以将数据包转换回IPv6数据包。这称为配置隧道。

自动隧道：如果主机具有动态进行此转换的能力，则称为自动隧道。

协议中对自动隧道的支持：为使用此技术的节点分配了特殊的IPv6单播地址。这些地址以低阶32位传送IPv4地址。这种类型的地址称为IPv4兼容IPv6地址，其格式如下：

|                80 bits               | 16 |      32 bits        |
     +--------------------------------------+--------------------------+
     |0000..............................0000|0000|    IPV4 ADDRESS     |
     +--------------------------------------+----+---------------------+

还定义了保存嵌入式IPv4地址的第二种IPv6地址。此地址用于表示仅IPv4节点（不支持IPv6的节点）的地址作为IPv6地址。这种类型的地址称为“ IPv4映射的IPv6地址”，其格式为：

|                80 bits               | 16 |      32 bits        |
     +--------------------------------------+--------------------------+
     |0000..............................0000|FFFF|    IPV4 ADDRESS     |
     +--------------------------------------+----+---------------------+

映射地址的用法
如果要编写支持IPv6的客户端，则会遇到此问题：是发送IPv6数据包还是发送IPv4数据包？您不能保证有关基础网络。您与之建立连接的下一台计算机可以是IPv6计算机，IPv4计算机或双主机。

假设负责路由连接的应用程序能够知道下一台机器是IPv6机器还是IPv4机器。在这种情况下，如果我们可以在内部包含IPv4地址的IPv6地址，那将是非常有用的。最好有一种机制（映射的v4地址中的ffff. ）来告诉我们该地址是否指向纯IPv4节点。这将有助于我们对要发送哪种类型的数据包做出适当的决定。我们在最后一节中的讨论应该使这一点更加清楚。

将IPv4应用程序移植到IPv6

将IPv4应用程序移植到IPv6时，需要考虑以下事项：

已经定义了可以容纳128位地址的sockaddr_in6结构和in6_addr结构。检查您是否正在使用相关的IPv6结构。
必须将INADDR_ANY和INADDR_LOOPBACK修改为in6addr_any或in6addr_loopback进行分配。 IN6ADDR_ANY_INIT或IN6ADDR_LOOPBACK_INIT宏可能会有所帮助。
使用AF_INET6而不是AF_INET 。
请注意，有些结构和程序适用于IPv6和IPv4。其中一个链接点到移植例子，这个链接可以被称为（见“移动到IPv6” 相关主题）。
请注意，将某些功能用于IPv6时，不需要更改语法。使用这些函数的唯一区别是必须将sockaddr_in6为sockaddr*结构。

以下宏和函数用于编写支持IPv6的应用程序：

IN6_IS_ADDR_V4MAPPED可用于确定IPv6地址是否为IPv4映射的地址。
gethostbyname通过其名称和地址族检索网络主机条目。
getaddrinfo返回与指定服务位置有关的地址信息。
getnameinfo返回与提供的IP地址和端口号关联的文本字符串。
inet_pton将文本形式的指定地址转换为其等效的二进制地址。
inet_ntop将指定的二进制地址转换为适合表示的文本等效项。
getaddrinfo和getnameinfo均可用于检索与IPv4和IPv6地址有关的信息。 inet_pton和inet_ntop都可以转换IPv4和IPv6地址。这意味着，在“支持IPv6的”应用程序，你不需要为使用inet_addr或inet_ntoa 。
以下功能在用于IPv6时不需要更改语法： bind ， connect ， sendmsg ， sendto ， accept ， recvfrom ， recvmsg ， getpeername和getsockname ，尽管这些函数的代码已被修改。

编写一个简单的IPv6客户端

现在让我们看一下编写支持IPv6的客户端背后的逻辑。我相信我们具备基本知识。我们知道IPv6地址。如果我们看到它们以不同的表示形式，我们将能够识别它们。我们将能够使用autoconf在我们的计算机上自动配置IPv6地址。我们还了解映射的地址转换机制，并对使用的功能有所了解。考虑以下IPv4客户端：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <netdb.h>
   	...
main(argc, argv) /* client side */
int argc;
char *argv[];
{
   	struct sockaddr_in server;
   	struct servent *sp;
   	struct hostent *hp;
   	int s;
   	...
   	sp = getservbyname("login", "tcp");
   	if (sp == NULL) {
   		fprintf(stderr, "rlogin: tcp/login: unknown service\n");
   		exit(1);
   	}
   	hp = gethostbyname(argv[1]);
   	if (hp == NULL) {
   		fprintf(stderr, "rlogin: %s: unknown host\n", argv[1]);
   		exit(2);
   	}
   	memset((char *)&server, 0, sizeof(server));
   	memcpy((char *)&server.sin_addr, hp->h_addr, hp->h_length);
   	server.sin_len = sizeof(server);
   	server.sin_family = hp->h_addrtype;
   	server.sin_port = sp->s_port;
   	s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   	if (s < 0) {
   		perror("rlogin: socket");
   		exit(3);
   	}
   	...
   	/* Connect does the bind for us */
   	if (connect(s, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) < 0) {
   		perror("rlogin: connect");
   		exit(5);
   	}

我们将研究将其转换为支持IPv6的客户端的逻辑。

如何使上述客户端启用IPv6

sockaddr_in6结构：我们正在使用struct sockaddr_in结构。我们不能使用相同的结构，因为成员sin_addr只能容纳32位。在将客户端移植到IPv6客户端时，我们需要使用sockaddr_in6 ，它可以容纳128位地址。

struct sockaddr_in6  {
        	u_char          sin6_len;
        	u_char          sin6_family;
        	u_int16_t       sin6_port;
        	u_int32_t       sin6_flowinfo;
        	struct          in6_addr        sin6_addr;
		};

家庭： sin6_family在我们的程序中将具有AF_INET6而不是AF_INET 。

sin6_flowinfo字段：应用程序可以通过设置目标地址sockaddr_in6结构的sin6_flowinfo字段来指定流标签和优先级。我们现在可以将其设置为0。

客户将处理哪种类型的地址？ 我们有三种情况。用户可以通过：

以冒号分隔的IPv6地址
以点分隔的IPv4地址
只是一个主机名

IPv6地址：如果它是用冒号分隔的IPv6地址，那么我们可以将其复制到结构中。

IPv4地址：如果是IPv4地址，我们需要将其复制到最后32位，并用0xffff标记这32位之前的16位。

主机名：如果是主机名，那么我们使用gethostbyname来获取地址。默认情况下， gethostbyname选择一个IPv4地址。

如果在AIX中setting _res.options （ resolv.h ）后调用gethostbyname ，则可以强制它进行IPv6查找：

_res.options |= ~RES_USE_INET6

请注意，如果主机名不存在IPv6地址（在UNIX或DNS中的/ etc / hosts中），则通过gethostbyname进行IPv6查找将返回一个IPv4地址，但是我们仍然需要进行映射（填充位） 81-96与0xffff ）。此外，某些实现还对IPv6查找进行了另一个gethostbyname2调用。

为什么要做映射？ 我们进行此映射是为了在connect调用中使用sockadd_in6结构，无论我们尝试发送到IPv6地址还是IPv4地址。如果没有，我们将需要进行两个连接调用-一个使用IPv6地址，而一个使用IPv4地址。另一种技术是使用sockaddr_in和sockaddr_in6结构的并集。程序员也可以设计自己的技术，这不是强制性的。

// use the isinet_addr call to find out whether its a valid
 // dotted ipv4 address

if (isinet_addr(hostname )) {
    ......

//now you might wonder what s6_addr16[5] is - this is basically a union member normally 
 //defined in in.h which will point to bits 81-96

 ip6.sin6_addr.s6_addr16[5] = 0xffff;

 //now we are copying the ipv4 address in the last 32 bits
bcopy(address, &ip6.sin6_addr.s6_addr16[6], sizeof(struct in_addr));
              
ip6.sin6_len = sizeof(struct in6_addr);
ip6.sin6_family = AF_INET6;
        ......               
} 

//check if its is an IPv6 : separated address - inet_pton is used for this

else if (inet_pton(AF_INET6, hostname, &ip6.sin6_addr) > 0) {

            //note inet_pton will take care of setting the address	

            .....
            ip6.sin6_family = AF_INET6;
            ip6.sin6_len = sizeof(struct sockaddr_in6);
            .....
}



else {
//now its not a v6 address or a v4 address so it should be host name
//do a v6 lookup , note that a v6 lookup will look for a v6 address if not 
//present it can pick up a v4 address

//res init is defined in resolv.h 
res_init();
_res.options |= RES_USE_INET6;
 hptr  = gethostbyname(name);
             .....
//check hptr->h_addrtype if its AF_INET6 you can copy the address directly
//if not you need to map it.
.....
.....

 if (connect(sd, &ip6, sizeof (ip6 < 0)
{
	//connect failure
	....
}
else
{
	//continue with the program.
}

以上逻辑总结

总结一下逻辑，我们检查是否有点IPv4地址要处理。如果是这样，我们继续对其进行映射并填写一个IPv6结构，以供稍后的connect调用使用。如果它是IPv6地址，我们将其直接复制到IPv6结构。如果是主机名，我们尝试进行IPv6查找。我们可以获取一个IPv4或IPv6地址。我们从家庭领域知道这一点。因此，我们将其映射或复制，然后进行单个connect调用，而不管它是IPv4还是IPv6地址，然后继续执行我们的程序。

结论

我们仅查看了编写上述程序所需的概念。还有许多有趣的概念将很快成为日常生活的一部分。关于诸如IPv6的DNS和IPv6（DHCP）的有状态自动配置之类的争论和建设性辩论。这些主题以及其他主题（例如其他层的实现，如何进行路由以及如何实现自动配置）将引起有趣的讨论。我希望能在更加激动人心的IPv6世界中与您见面！

翻译自: https://www.ibm.com/developerworks/web/library/wa-ipv6.html

编写一个简单r程序

编写一个简单r程序_编写一个简单的IPv6程序

IPv6寻址

IPv6中的地址类型：Anycast是新手

IPv6地址的写入方式：发生了什么变化

相关概念

IPv6中的自动配置：即插即用

隧道和映射的IPng地址：过渡应平稳

将IPv4应用程序移植到IPv6

编写一个简单的IPv6客户端

如何使上述客户端启用IPv6

以上逻辑总结

结论

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