Unix网络编程学习笔记之第12章 IPv4与IPv6的互操作性

一、简介

假设我们本章讨论的主机都是支持双栈的，即支持IPv4地址，也支持Ipv6地址。

我们本次讨论的点：客户端与服务器端使用的是不同类型的地址。因为相同类型的地址没什么可讲的。

二、 IPv4客户端与IPv6服务器

即，客户端使用IPv4地址套接字来通信，服务器端使用IPv6地址套接字通信。

原理：

0. 首先IPv6服务器主机保证既有IPv4地址，又有IPv6地址。

1. IPv4客户端通过getaddrinfo函数，找到服务器端的IPv4地址，然后进行连接。

2. 来自客户端的IPv4的SYN到达服务器端，服务器端内核就把这个IPv4的SYN，映射为IPv6的SYN(就是把IPv4的IP地址映射为IPv6的IP地址)，然后交给进程。所以服务器端accept、recvfrom的套接字地址都是IPv6的。

3. 然后服务器端进程进行响应ACK，进程发送一个IPv6的ACK到内核，内核查看目的地址，就知道这个IPv6的地址是经过映射过来的。所以内核就是这个IPv6地址映射为IPv4地址发送出去。

4. 这样就正常通信了，即实际上还是通过IPv4包进行通信的。然而服务器和客户端进程都不知情的，这些工作由服务器内核完成。

注意：如果IPv6服务器主机没有IPv4地址，则这样的通信无法完成。

三、 IPv6客户端与IPv4服务器

即，客户端使用IPv6地址套接字来通信，服务器端使用IPv4地址套接字通信。

原理：

0. 首先IPv4服务器主机中没有IPv6地址。

1. IPv6客户端通过getaddrinfo函数，且hints的结构中的标志为AI_V4MAPPED。则我们就可以通过getaddrinfo函数得到服务器主机的IPv4地址映射的IPv6地址。

2. 然后客户端使用这个IPv6地址调用connect，而内核检测出这个IPv6的地址是映射的，所以就会把这个IPv6地址转成IPv4地址，然后发送出去。

3. 这样IPv4服务器就得到了IPv4的SYN，然后响应IPv4的ACK。

4. 客户端接收到这个IPv4的ACK后，内核就会把这个IPv4的ACK转为IPv6的ACK，从而进行通信。

5. 实际上还是通过IPv4的包进行通信的。服务器和客户端进程不知情。由客户端内核完成。

注意：如果此时IPv4服务器主机有IPv6地址，则尽管hints的结构中的标志为AI_V4MAPPED，但是getaddrinfo也返回原有的IPv6地址，这样的话，双方无法完成通信。这时我们可以通过在主机名上加-4，来规定只查询A记录。这样就可以通信了。

四、错误的组合

上述的两种错误情况，都是因为内核无法将IPv6地址转为为IPv4地址，因为IPv6有128位，而IPv4地址只有32位。

总结一下：即

即：

1. 显然如果双方都是单栈主机，也双方的协议必须相同。

2. IPv4双栈客户，无法与IPv6的单栈服务器通信。即上面的第1种错误情况。

3. Ipv6单栈客户，无法与Ipv4的双栈服务器通信。

4. IPv6双栈客户是否可以与IPv4双栈客户通信取决于实现，即如果getaddrinfo获取的是IPv4映射的IPv6地址，则可以通信。如果获取的是真正的IPv6地址，则无法通信。

5. 其实问题就是在于实现了IPv6的主机上，尽量也要实现IPv4，这样的话，我们可以看到，去除表的第二行和第而列，则表中的(无)就没有了。只剩下(无*)。

五、 IPv6地址测试宏

有一些IPv6应用程序想要知道，某个IPv6地址到底是IPv4映射过来的，还是本身就是IPv6地址。我们可以使用宏：

#include     <netinet/in.h>
int IN6_IS_ADDR_V4MAPPED(const structin6_addr* apt);

来进行检测。

六、建议

尽量写一些与具体协议无关的函数。

尽量使用与具体协议无关的函数。

还有从上述的表中可以看出，我们在编写服务器时，在服务器主机支持双栈协议的情况下，把服务器的地址写成IPv6地址，这样可以接收任何协议的客户端。