一份完整的 IPv6 環境下 DNS 相關測試
摘要：假定用戶只有 IPv6 地址，DNS 也是使用 IPv6 地址 (DNS 必須有雙棧環境，因爲現在很多權威服務器沒有 IPv6 地址，純 IPv6 環境下無法正常工作），假定一個服務通過域名（同時擁有 A、AAAA 記錄）對外提供服務，測試服務是否可以正常訪問。// 獲取系統允許的 IPv4 或者 IPv6 地址 /* Perform the request, res will get the return code */ res = curl_easy_perform(curl)。
董濤，網易遊戲高級運維工程師，主要工作方向爲網易集團 DNS 的運維與開發。
張欣接，網易集團 DNS 團隊負責人，負責網易域名系統的架構設計及生態建設。
一、IPv6 支持度報告
IPv6 簡介
IPv6（Internet Protocol version 6，互聯網通信協議第 6 版）是用於數據包交換互聯網絡的網絡層協議，是 IETF（互聯網工程任務小組 Internet Engineering Task Force，簡稱 IETF）設計的用來替代 IPv4 協議的互聯網協議版本。
隨着電子技術及網絡技術的發展，計算機網絡已經與人們的生活密切相關，可能身邊的每一樣電子設備都需要連入網絡，IPv4 的地址數量已經無法滿足。IPv6 的應用將徹底解決這些問題。IPv6 由 128 比特位構成，單從數量級上來說，IPv6 所擁有的地址容量是 IPv4 的約 8×10 28 倍，達到 2 128 （約 3.4 × 10 38 ）個。這不但解決了網絡地址資源數量的問題，同時也爲物聯網的發展提供了基礎。
IPv6 地址的表達形式採用 32 個十六進制數，由兩個邏輯部分組成：一個 64 位的網絡前綴和一個 64 位的主機地址，主機地址通常根據物理地址自動生成，叫做 EUI-64（或者 64- 位擴展唯一標識）。例如 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一個合法的 IPv6 地址。
IPv6 全球部署更新
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2008 年，歐盟發佈了“歐洲部署 IPv6 行動計劃”
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2009 年，日本發佈《IPv6 行動計劃》
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2010 年，美國政府發佈 IPv6 行動計劃
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2010 年，韓國發布“下一代互聯網協議（IPv6） 促進計劃”
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2012 年，加拿大政府發佈了《加拿大政府 IPv6 戰略》
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2017 年，國務院辦公廳印發《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》
操作系統 IPv6 支持度
應用軟件 IPv6 支持度
客戶端軟件
1、瀏覽器
服務器軟件
1、程序開發軟件
2、數據庫
總結
毋庸置疑，下一代互聯網 IPv6 是萬物互連，智能化時代基礎網絡的重要支撐協議，但是從一個只擁有 IPv4 協議的巨型網絡要全面、平穩地過渡到一個純 IPv6 網絡需要一段極爲漫長的時間。從報告統計的數據來看，各種基礎軟件和應用軟件都已基本支持 IPv6。現在在國內的環境下，IPv6 的基礎環境還需要完善，爲此工信部也發佈了
《推進互聯網協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》(http://www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c6166476/content.html)
推動各單位加快支持 IPv6。
IPv6 支持度報告的數據來源是：下一代國家互聯網中心在 2017 年 11 月發佈的 IPv6 支持度報告
(https://www.ipv6ready.org.cn/public/download/ipv6.pdf)， 感興趣的同學可以查看原文。
二、IPv6 環境下 DNS 相關測試
背景介紹
名詞簡介
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A 記錄
A 記錄是一個域名指向 IPv4 地址的解析結果，即最常見的記錄類型, 例如 ipv6test.ntes53.netease.com. 1800 IN A 123.58.166.70
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AAAA 記錄
AAAA 是一個域名指向 IPv6 地址的解析結果。如果想要一個域名解析到 IPv6 地址，則需要設置此種類型的解析結果。同一個域名可以同時有 A 與 AAAA 兩種記錄類型, 例如 ipv6test.ntes53.netease.com. 1800 IN AAAA 2403:c80:100:3000::7b3a:a646
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緩存 DNS 服務器
用戶直接使用的 DNS 服務器，各種平臺、操作系統上直接設置的 DNS 服務器，常見的有 8.8.8.8, 114.114.114.114
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權威 DNS 服務器
用於域名的管理。權威 DNS 服務器只對自己所擁有的域名進行域名解析，對於不是自己的域名則拒絕應答。例如網易的權威 DNS 服務器只會響應網易域名的請求，對於其他域名，則拒絕應答。
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雙棧網絡環境
雙棧網絡環境即客戶端或服務器同時擁有 IPv4、IPv6 兩種網絡環境，可以簡單的理解爲機器上既有 IPv4 地址又有 IPv6 地址
測試場景
下文中所有測試使用的程序均爲測試方法中的程序
1.目前純 IPv4 環境下，僅新增 AAAA(IPv6) 記錄之後，對已有程序的影響
假定已經存在了一個程序（C 程序、python 程序、瀏覽器等），通過域名訪問某個服務，現在在 IPv4 環境下一切工作正常。當給這個域名增加了 AAAA 記錄之後，測試對目前的程序的影響。
域名解析
HTTP 請求
客戶端
結論
-
當在某域名原有的 A 記錄類型的基礎上新增 AAAA 記錄後，原有的程序工作正常
2.客戶端 IPv6/v4 雙棧環境下，測試程序的行爲
假定用戶的環境是雙棧環境，假定一個服務通過域名對外提供服務，測試這種情況下程序的行爲。
域名解析
HTTP 請求
客戶端
結論
-
當域名同時存在 A 與 AAAA 記錄，並且網絡類型爲雙棧網絡時，絕大多數程序工作正常。僅有一種情況例外，即程序中使用了 gethostbyname 函數，同時 resolv.conf 中配置了 options inet6 時，此時程序會返回錯誤的解析結果
-
RFC 以及絕大多數實現方式，均回優先使用 IPv6 地址建立連接
-
雙棧環境下，客戶端使用 IPv4 與 IPv6 緩存 DNS 服務器獲取的解析結果是一致的
3. 客戶端純 IPv6 環境下，測試能否正常工作
假定用戶只有 IPv6 地址，DNS 也是使用 IPv6 地址 (DNS 必須有雙棧環境，因爲現在很多權威服務器沒有 IPv6 地址，純 IPv6 環境下無法正常工作），假定一個服務通過域名（同時擁有 A、AAAA 記錄）對外提供服務，測試服務是否可以正常訪問。
域名解析
HTTP 請求
客戶端
結論
當某域名即存在 A 記錄 又存在 AAAA 記錄時：
-
如果程序中使用了 gethostbyname 時，程序可能會拿到錯誤的解析結果，取決於 resolv.conf 的配置（當配置了 option inet6 時，會獲取到錯誤的解析結果）
-
Windows 在這種情況下，部分應用工作不正常。在指定使用 IPv6 socket 的情況下，程序工作正常。
-
根據安卓官方的描述，Android 6.0 之後的版本已經支持 IPv6，但是根據對國內大多數廠商的安卓手機的調研，目前國內安卓手機很少可以原生支持 IPv6
4. DNS 解析測試
這裏測試了緩存服務器和權威服務器在各種網絡環境下，優先使用的解析鏈路。
結論
當權威服務器和緩存服務器均支持 ipv6 時，緩存服務器優先使用 ipv6 鏈路進行解析，其他情況均使用 ipv4 鏈路進行解析。
結論
-
經過測試與查證，
gethostbyname不支持 IPv6，使用此函數可能會拿到錯誤的結果或者程序拋出異常。建議使用getaddrinfo函數取代此函數 -
目前已經存在 A 記錄的域名，添加 AAAA 記錄後，不管客戶端與服務端的網絡環境如何：
-
絕大多數情況下對客戶端與服務端工作正常
-
下面一種情況下會出現工作異常：
當使用了 C 的 gethostbyname 並且在 resolv.conf 中配置了 options inet6時，此函數返回錯誤的結果
-
-
經過測試，雙棧網絡下 IPv4 與 IPv6 的優先級：
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優先使用 IPv6 發起解析請求
-
優先使用 IPv6 請求建立連接 (TCP, UDP)
-
優先解析 A 地址記錄
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參考資料
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Windows 8 IPv4 與 IPv6 選擇的方法：Connecting with IPv6 in Windows8
(https://blogs.msdn.microsoft.com/b8/2012/06/05/connecting-with-ipv6-in-windows-8/)
-
Windows 當 IPv6 不可用後的回退機制：Is there any setting for connection timeout when IPv6 fallback to IPv4?
(https://social.technet.microsoft.com/Forums/en-US/d09e938a-a594-4766-8898-3926a81fc5dc/is-there-any-setting-for-connection-timeout-when-ipv6-fallback-to-ipv4?forum=w7itpronetworking)
-
目前廣泛使用的 IPv4 與 IPv6 優先選擇算法爲 Happy Eyeballs
(https://en.wikipedia.org/wiki/Happy_Eyeballs):
-
目前使用此算法的項目有：Chrome, Opera 12.10, Firefox version 13, OS X, cURL
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此算法會優先選擇 IPv6 鏈路使用
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此算法的原理可參考 RFC 6555(Happy Eyeballs: Success with Dual-Stack Hosts)
(https://tools.ietf.org/html/rfc6555)
-
此算法的簡略工作流程如下：
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當客戶端是雙棧環境時，客戶端會向緩存 DNS 服務器發起域名 A 記錄與 AAAA 記錄的解析請求，並受到解析結果，對應下圖中的 1-4
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客戶端獲取到解析地址後，會同時使用 IPv4 與 IPv6 兩種鏈路嘗試建立連接，對應下圖中的 6-7。當 IPv6 鏈路比 IPv4 鏈路先建立連接，或者 IPv4 已經建立連接，但是在很短的時間間隔內，IPv6 也成功建立連接後，則這兩種情況下客戶端應該使用 IPv6 鏈路完成後續的網絡請求，對應圖中的 8-12
-
測試方法
解析域名
C/ C ++
-
gethostbyname
Linux
#include <stdio.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(void)
{
int i = 0;
char str[32] = {0};
struct hostent* phost = NULL;
phost = gethostbyname("IPv6test.ntes53.netease.com");
printf("%s", inet_ntoa(*((struct in_addr*)phost->h_addr)));
return 0;
}
Windows
#include <winsock.h>
#include <Windows.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")
int main(void) {
WSADATA wsaData = {0,};
struct in_addr addr = {0,};
struct hostent *res;
int i = 0;
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
res = gethostbyname("IPv6test.ntes53.netease.com.");
while (res->h_addr_list[i] != 0) {
addr.s_addr = *(u_long *) res->h_addr_list[i++];
printf("IP Address: %s\n", inet_ntoa(addr));
}
WSACleanup();
}
getaddrinfo
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
int lookup_host ()
{
struct addrinfo hints, *res;
int errcode;
char addrstr[100];
void *ptr;
memset (&hints, 0, sizeof (hints));
hints.ai_family = AF_INET;
errcode = getaddrinfo ("IPv6test.ntes53.netease.com", NULL, &hints, &res);
if (errcode != 0)
{
perror ("getaddrinfo");
return -1;
}
while (res)
{
inet_ntop (res->ai_family, res->ai_addr->sa_data, addrstr, 100);
switch (res->ai_family)
{
case AF_INET:
ptr = &((struct sockaddr_in *) res->ai_addr)->sin_addr;
break;
case AF_INET6:
ptr = &((struct sockaddr_in6 *) res->ai_addr)->sin6_addr;
break;
}
inet_ntop (res->ai_family, ptr, addrstr, 100);
printf ("IPv%d address: %s (%s)\n", res->ai_family == PF_INET6 ? 6 : 4,
addrstr, res->ai_canonname);
res = res->ai_next;
}
return 0;
}
int main (void)
{
lookup_host();
}
windows
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define _WIN32_WINNT 0x501
#include <windows.h>
#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <ws2tcpip.h>
#pragma comment (lib, "Ws2_32.lib")
// int iResult;
WSADATA wsaData;
int iResult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst)
{
struct sockaddr_storage ss;
int size = sizeof(ss);
char src_copy[INET6_ADDRSTRLEN+1];
ZeroMemory(&ss, sizeof(ss));
/* stupid non-const API */
strncpy (src_copy, src, INET6_ADDRSTRLEN+1)
src_copy[INET6_ADDRSTRLEN] = 0;
if (WSAStringToAddress(src_copy, af, NULL, (struct sockaddr *)&ss, &size) == 0) {
switch(af) {
case AF_INET:
*(struct in_addr *)dst = ((struct sockaddr_in *)&ss)->sin_addr;
return 1;
case AF_INET6:
*(struct in6_addr *)dst = ((struct sockaddr_in6 *)&ss)->sin6_addr;
return 1;
}
}
return 0;
}
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size)
{
struct sockaddr_storage ss;
unsigned long s = size;
ZeroMemory(&ss, sizeof(ss));
ss.ss_family = af;
switch(af) {
case AF_INET:
((struct sockaddr_in *)&ss)->sin_addr = *(struct in_addr *)src;
break;
case AF_INET6:
((struct sockaddr_in6 *)&ss)->sin6_addr = *(struct in6_addr *)src;
break;
default:
return NULL;
}
/* cannot direclty use &size because of strict aliasing rules */
return (WSAAddressToString((struct sockaddr *)&ss, sizeof(ss), NULL, dst, &s) == 0)?
dst : NULL;
}
int lookup_host ()
{
struct addrinfo hints, *res;
int errcode;
char addrstr[100];
void *ptr;
memset (&hints, 0, sizeof (hints));
hints.ai_family = AF_INET6;
errcode = getaddrinfo ("IPv6test.ntes53.netease.com", NULL, &hints, &res);
if (errcode != 0)
{
perror ("getaddrinfo");
printf("%d",errcode);
return -1;
}
while (res)
{
// inet_ntop (res->ai_family, res->ai_addr->sa_data, addrstr, 100);
sockaddr_in in1;
memcpy(&in1.sin_addr, res->ai_addr->sa_data, sizeof(res));
switch (res->ai_family)
{
case AF_INET:
ptr = &((struct sockaddr_in *) res->ai_addr)->sin_addr;
break;
case AF_INET6:
ptr = &((struct sockaddr_in6 *) res->ai_addr)->sin6_addr;
break;
}
inet_ntop(res->ai_family, ptr, addrstr, 100);
// sockaddr_in6 in;
// memcpy(∈.sin6_addr, ptr, sizeof(ptr));
printf ("IPv%d address: %s (%s)\n", res->ai_family == PF_INET6 ? 6 : 4,
addrstr, res->ai_canonname);
//printf ("IPv%d address: %s (%s)\n", res->ai_family == PF_INET6 ? 6 : 4,
// inet_ntoa(in.sin6_addr), res->ai_canonname);
res = res->ai_next;
}
return 0;
}
int main (void)
{
printf("start\n");
lookup_host();
}
}
Python
-
socket.gethostbyname
import socket
result = socket.gethostbyname("IPv6test.ntes53.netease.com")
print result
- getaddrinfo
import socket
result = socket.getaddrinfo("IPv6test.ntes53.netease.com", 0, socket.AF_INET6)
print result
result = socket.getaddrinfo("IPv6test.ntes53.netease.com", 0, socket.AF_INET)
print result
result = socket.getaddrinfo("IPv6test.ntes53.netease.com", 0, socket.AF_UNSPEC)
print result
當不指定 socktype 時，此值默認爲 socket.AF_UNSPEC 。
HTTP 請求
Python
requests 包
import requests
response = requests.get("http://IPv6test.ntes53.netease.com:8000", stream=True)
print response.raw._fp.fp._sock.getpeername()
C++
#include <stdio.h>
#include <curl/curl.h>
int main(void)
{
CURL *curl;
CURLcode res;
curl = curl_easy_init();
if(curl) {
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_URL, "http://IPv6test.ntes53.netease.com:8000");
/* example.com is redirected, so we tell libcurl to follow redirection */
curl_easy_setopt(curl, CURLOPT_FOLLOWLOCATION, 1L);
// curl_easy_setopt(curl, CURL_IPRESOLVE_V6, 1L); // 使用 IPv6 地址
// curl_easy_setopt(curl, CURL_IPRESOLVE_V4, 1L); // 使用 IPv4 地址
// curl_easy_setopt(curl, CURL_IPRESOLVE_WHATEVER, 1L); // 獲取系統允許的 IPv4 或者 IPv6 地址
/* Perform the request, res will get the return code */
res = curl_easy_perform(curl);
/* Check for errors */
if(res != CURLE_OK)
fprintf(stderr, "curl_easy_perform() failed: %s\n",
curl_easy_strerror(res));
/* always cleanup */
curl_easy_cleanup(curl);
}
return 0;
}