一份完整的 IPv6 环境下 DNS 相关测试

董涛，网易游戏高级运维工程师，主要工作方向为网易集团 DNS 的运维与开发。
张欣接，网易集团 DNS 团队负责人，负责网易域名系统的架构设计及生态建设。

IPv6（Internet Protocol version 6，互联网通信协议第 6 版）是用于数据包交换互联网络的网络层协议，是 IETF（互联网工程任务小组 Internet Engineering Task Force，简称 IETF）设计的用来替代 IPv4 协议的互联网协议版本。

随着电子技术及网络技术的发展，计算机网络已经与人们的生活密切相关，可能身边的每一样电子设备都需要连入网络，IPv4 的地址数量已经无法满足。IPv6 的应用将彻底解决这些问题。IPv6 由 128 比特位构成，单从数量级上来说，IPv6 所拥有的地址容量是 IPv4 的约 8×10 28 倍，达到 2 128（约 3.4 × 10 38）个。这不但解决了网络地址资源数量的问题，同时也为物联网的发展提供了基础。

IPv6 地址的表达形式采用 32 个十六进制数，由两个逻辑部分组成：一个 64 位的网络前缀和一个 64 位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做 EUI-64（或者 64- 位扩展唯一标识）。例如 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一个合法的 IPv6 地址。

IPv6 全球部署更新

• 2008 年，欧盟发布了“欧洲部署 IPv6 行动计划”

• 2009 年，日本发布《IPv6 行动计划》

• 2010 年，美国政府发布 IPv6 行动计划

• 2010 年，韩国发布“下一代互联网协议（IPv6） 促进计划”

• 2012 年，加拿大政府发布了《加拿大政府 IPv6 战略》

• 2017 年，国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》

应用软件 IPv6 支持度 客户端软件

1、浏览器

服务器软件

1、程序开发软件

2、数据库

总结

毋庸置疑，下一代互联网 IPv6 是万物互连，智能化时代基础网络的重要支撑协议，但是从一个只拥有 IPv4 协议的巨型网络要全面、平稳地过渡到一个纯 IPv6 网络需要一段极为漫长的时间。从报告统计的数据来看，各种基础软件和应用软件都已基本支持 IPv6。现在在国内的环境下，IPv6 的基础环境还需要完善，为此工信部也发布了

《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》(http://www.miit.gov.cn/n1146290/n4388791/c6166476/content.html)

推动各单位加快支持 IPv6。

IPv6 支持度报告的数据来源是：下一代国家互联网中心在 2017 年 11 月发布的 IPv6 支持度报告
(https://www.ipv6ready.org.cn/public/download/ipv6.pdf)， 感兴趣的同学可以查看原文。

二、IPv6 环境下 DNS 相关测试 背景介绍 名词简介

• A 记录

• AAAA 记录

• 缓存 DNS 服务器

• 权威 DNS 服务器

• 双栈网络环境

下文中所有测试使用的程序均为测试方法中的程序

1.目前纯 IPv4 环境下，仅新增 AAAA(IPv6) 记录之后，对已有程序的影响

假定已经存在了一个程序（C 程序、python 程序、浏览器等），通过域名访问某个服务，现在在 IPv4 环境下一切工作正常。当给这个域名增加了 AAAA 记录之后，测试对目前的程序的影响。

域名解析

HTTP 请求

客户端

结论

• 当在某域名原有的 A 记录类型的基础上新增 AAAA 记录后，原有的程序工作正常

假定用户的环境是双栈环境，假定一个服务通过域名对外提供服务，测试这种情况下程序的行为。

域名解析

HTTP 请求

客户端

结论

• 当域名同时存在 A 与 AAAA 记录，并且网络类型为双栈网络时，绝大多数程序工作正常。仅有一种情况例外，即程序中使用了 gethostbyname 函数，同时 resolv.conf 中配置了 options inet6 时，此时程序会返回错误的解析结果

• RFC 以及绝大多数实现方式，均回优先使用 IPv6 地址建立连接

• 双栈环境下，客户端使用 IPv4 与 IPv6 缓存 DNS 服务器获取的解析结果是一致的

假定用户只有 IPv6 地址，DNS 也是使用 IPv6 地址 (DNS 必须有双栈环境，因为现在很多权威服务器没有 IPv6 地址，纯 IPv6 环境下无法正常工作），假定一个服务通过域名（同时拥有 A、AAAA 记录）对外提供服务，测试服务是否可以正常访问。

域名解析

HTTP 请求

客户端

结论
当某域名即存在 A 记录 又存在 AAAA 记录时：

• 如果程序中使用了 gethostbyname 时，程序可能会拿到错误的解析结果，取决于 resolv.conf 的配置（当配置了 option inet6 时，会获取到错误的解析结果）

• Windows 在这种情况下，部分应用工作不正常。在指定使用 IPv6 socket 的情况下，程序工作正常。

• 根据安卓官方的描述，Android 6.0 之后的版本已经支持 IPv6，但是根据对国内大多数厂商的安卓手机的调研，目前国内安卓手机很少可以原生支持 IPv6

这里测试了缓存服务器和权威服务器在各种网络环境下，优先使用的解析链路。

结论
当权威服务器和缓存服务器均支持 ipv6 时，缓存服务器优先使用 ipv6 链路进行解析，其他情况均使用 ipv4 链路进行解析。

结论

• 经过测试与查证， gethostbyname 不支持 IPv6，使用此函数可能会拿到错误的结果或者程序抛出异常。建议使用 getaddrinfo 函数取代此函数

• 目前已经存在 A 记录的域名，添加 AAAA 记录后，不管客户端与服务端的网络环境如何：

• • 绝大多数情况下对客户端与服务端工作正常

  • 下面一种情况下会出现工作异常：
    当使用了 C 的 gethostbyname 并且在 resolv.conf 中配置了 options inet6时，此函数返回错误的结果

• 经过测试，双栈网络下 IPv4 与 IPv6 的优先级：

• • 优先使用 IPv6 发起解析请求

  • 优先使用 IPv6 请求建立连接 (TCP, UDP)

  • 优先解析 A 地址记录

• Windows 8 IPv4 与 IPv6 选择的方法：Connecting with IPv6 in Windows8
  (https://blogs.msdn.microsoft.com/b8/2012/06/05/connecting-with-ipv6-in-windows-8/)

• Windows 当 IPv6 不可用后的回退机制：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)

• 目前广泛使用的 IPv4 与 IPv6 优先选择算法为 Happy Eyeballs
  (https://en.wikipedia.org/wiki/Happy_Eyeballs):

• • 目前使用此算法的项目有：Chrome, Opera 12.10, Firefox version 13, OS X, cURL

  • 此算法会优先选择 IPv6 链路使用

  • 此算法的原理可参考 RFC 6555(Happy Eyeballs: Success with Dual-Stack Hosts)
    (https://tools.ietf.org/html/rfc6555)

  • 此算法的简略工作流程如下：

1. 当客户端是双栈环境时，客户端会向缓存 DNS 服务器发起域名 A 记录与 AAAA 记录的解析请求，并受到解析结果，对应下图中的 1-4

2. 客户端获取到解析地址后，会同时使用 IPv4 与 IPv6 两种链路尝试建立连接，对应下图中的 6-7。当 IPv6 链路比 IPv4 链路先建立连接，或者 IPv4 已经建立连接，但是在很短的时间间隔内，IPv6 也成功建立连接后，则这两种情况下客户端应该使用 IPv6 链路完成后续的网络请求，对应图中的 8-12

测试方法 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

• 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

当不指定 socktype 时，此值默认为 socket.AF_UNSPEC 。

HTTP 请求 Python

requests 包

import requests response = requests.get("http://IPv6test.ntes53.netease.com:8000", stream=True) print response.raw._fp.fp._sock.getpeername()

C++

libcurl

#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); // 获取系统允许的 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; }

来源：网易游戏运维平台
2019 年11月 GOPS 2019 · 上海站，《深入理解 Nginx：模块开发及架构解析》作者、杭州智链达数据有限公司联合创始人及 CTO 将带来 HTTP 性能极限调优 的精彩演讲，敬请期待。