Question

如何实现在一个 Socket 应用程序中同时支持 IPv4 和 IPv6

Answer 1

实践证明它是健壮，易于实现，并具有很好的互操作性。但是 IPv4 协议的初始设计仍有一些未考虑到的地方，随着 Internet 的飞速发展和新型应用的不断涌现，这些不足逐渐显露出来。首先，近年来 Internet 成指数级数增长，而只有 32 位地址的 IPv4 引起了迫在眉睫的 IP 地址空间耗尽的问题；第二，IPv4 路由结构较为扁平，使得 Internet 上骨干路由器需要维护庞大的路由表；第三，目前 IPv4 实现方案中，多数情况需要手工配置或者使用 DHCP 有状态方式配置协议，随着越来越多的节点要求接入网络，需要一种简便的配置方式；第四，在 IP 级的安全方面，IPv4 并不强制使用 IPSec ；最后，IPv4 协议中使用服务类型 TOS 字段来支持实时通信流传送，而 TOS 功能有限，因此对实时数据传输 Qos 的支持不是很理想。为解决上述问题及其它相关问题，互联网工程任务组织 IETF 开发了一套新的协议和标准即 IP 版本 6（IPv6）。它吸纳了很多用于更新 IPv4 的新思想，在设计时力求对上下层协议造成最小的影响。与 IPv4 相比，IPv6 协议具有以下一些新的特性：IPv6 协议头采用了固定长度的头部，路由器在处理 IPv6 报头时，效率会更高。IPv6 具有 128 位的巨大地址空间，既便为当前所有主机都分配一个 IPv6 地址，IPv6 仍然有充足的地址供以后使用。IPv6 具有即插即用特性。 IPv6 引入了无状态地址自动配置方式，链路上的主机根据路由公告和自身的链路地址可以自动生产一个 IPv6 地址，从而简化了入网主机的配置过程，实现了 IPv6 的即插即用。提供网络层的认证和加密。 IPv6 支持 IPSec，这为网络安全提供了一种基于标准的解决方案。IPv6 更好地支持 QoS 。 IPv6 协议头部包含流标签字段，使得路由器可以对属于一个流的数据包进行识别和提供特殊处理；用业务流分类字段来区分通信流的优先级。因此 IPv6 对 QoS 提供了更好的支持。IPv6 更好地支持移动性。虽然 IPv4 也有移动特性，但是作为 IPv4 的扩展实现，受到体系结构和连通性的限制。而 IPv6 的移动特性是内置的，具有较少的局限性并具有更强的可伸缩性和健壮性，可满足将来 Internet 的通信需求。IPv6 具有很好的可扩展性，这可通过在 IPv6 协议头之后添加新的扩展协议头实现。回页首Java 对 IPv6 的支持Java 从 1.4 开始，已经提供了对 IPv6 的支持。 Java APIs 遵循了如下 IPv6 标准：RFC2373: IPv6 Addressing ArchitectureRFC2553: Basic Socket Interface Extensions for IPv6RFC2732: Format for Literal IPv6 Address in URL但是由于安全等因素，Java 并没有支持原始套接字。除此之外，一些 IPv6 特性，诸如隧道，自动配置，移动 IP 等，Java 都没有提供支持。与 C/C++ 对 IPv6 的支持不同，Java 对 IPv6 的支持是自动和透明的，也就是说现有的 Java 程序不需要经过修改就可以直接支持 IPv6 。以下面代码为例，这段代码在 IPv4 上可以正常运行，同样也可以工作在 IPv6 上。InetAddress ip = InetAddress.getByName("java.sun.com"); Socket s = new Socket(ip, 80);Java 对 IPv6 的支持体现在其 JDK 对 IPv6 的支持上，当然前提条件是操作系统需要提供对 IPv6 的支持。以下操作系统已经提供了对 IPv6 的支持，表1. OS 对 IPv6 的支持Windows:Windows 2000Windows XPWindows NTWindows 2003 serverLinux:Linux kernel 2.2 及以上版本Unix:AIX 4.3 及以上版本Solaris 8 及以上版本HP-UX 11i 及以上版本BSD/OS 4.0 及以上版本True64 Unix 4.0D 及以上版本FreeBSD 4.0 及以上版本NetBSDOpenBSD 2.7 及以上版本Other OS:OS/390, Z/OS V1R4 及以上版本OS400 V5R2 及以上版本Mac OS X下面列出了各个版本 JDK 对 IPv6 的支持情况。表2. JDK 对 IPv6 的支持JDK/OSWindowsLinuxAIXSolarisHPUXZOSIBM JDK 1.4NOYESYESNOIBM JDK 1.5YESYESYESYESSUN JDK 1.4NOYESYESSUN JDK 1.5YESYESYESJRockit JDK 1.4NOYESJRockit JDK 1.5YESYESHP-UX JDK 1.4YESHP-UX JDK 1.5YES回页首RMI 对 IPv6 的支持既然Java 对 IPv6 的支持是透明的，那么 RMI 程序理论上就应该同时支持 IPv4 和 IPv6，但测试结果告诉我们只有在 RMI 服务器端套接字不绑定 IP 地址的情况下这种结论才成立。考虑下面这样一个例子，一个支持双栈的服务器，同时配置了 IPv4 地址和 IPv6 地址。服务器应用程序用如下代码创建了一个服务器套接字，等待客户端的连接。由于 Java 对 IPv6 的透明支持，IPv4 和 IPv6 的客户端都可以正常连接到这台服务器上。清单1. 无 IP 绑定的服务器套接字程序 try { int port = 2000; ServerSocket srv = new ServerSocket(port); Socket socket = srv.accept(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }通过natestat – na可以看出，服务器监听在 0.0.0.0:2000 上，这样任何客户端都可以连接到服务器上，其中包括 IPv6 客户端用服务器的 IPv6 地址也能顺利连接。Proto Local Address Foreign Address State TCP 0.0.0.0:2000 0.0.0.0:0 LISTENING但是很多时候，应用程序从安全等角度考虑，常常需要将服务器套接字绑定在某个具体的 IP 上。现在我们假设把服务器套接字绑定在一个 IPv4 地址上，如下程序所示：清单2. 绑定 IP 的服务器套接字程序 try { int port = 2000; ServerSocket srv = new ServerSocket(port); srv.bind(new InetSocketAddress( “ 9.181.27.34 ” , port) Socket socket = srv.accept(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }通过natestat – na，我们可以发现监听方式已改变： Proto Local Address Foreign Address State TCP 9.181.27.34:2000 0.0.0.0:0 LISTENING从套接字的定义看出，它由 IP 和端口组成，它们唯一确定了一个套接字，同时也限定了访问套接字的方式。在访问由固定 IP 和端口组成的套接字时，客户端必须指定服务器的 IP 和端口才能正常连接。在服务器绑定 IPv4 地址的情况下，IPv6 客户端就无法用服务器的 IPv6 地址进行访问，当然 IPv4 客户端能通过服务器的 IPv4 地址 9.181.27.34 进行连接访问。上面分析了 Java 对 IPv6 的支持以及服务器套接字如何影响客户端的连接，接下来我们用实例分析 RMI 对 IPv6 的支持。我们搭建了如下的实验环境：图1. 实验环境接下来，我们设计了一个基本的 RMI 应用程序，下面这段是 RMI 服务器程序：清单3. RMI 服务器程序 import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; import java.rmi.registry.*; public class SampleServerImpl extends UnicastRemoteObject implements SampleServer { SampleServerImpl() throws RemoteException { super(); } public int sum(int a,int b) throws RemoteException { return a + b; } public static void main(String args[]) { try { //create a local instance of the object SampleServerImpl Server = new SampleServerImpl(); //put the local instance in the registry Naming.rebind("rmi://9.181.27.34/SAMPLE-SERVER" , Server); System.out.println("Server waiting....."); } catch (java.net.MalformedURLException me) { System.out.println("Malformed URL: " + me.toString()); } catch (RemoteException re) { System.out.println("Remote exception: " + re.toString()); } } }编译源程序，启动rmiregistry，然后运行 RMI 服务器程序。通过netstat – na我们可以看见，RMI 监听方式如下，尽管我们在程序中用了”Naming.rebind("rmi://9.181.27.34/SAMPLE-SERVER" , Server)”:Proto Local Address Foreign Address State TCP 0.0.0.0:1099 0.0.0.0:0 LISTENING那么，根据我们上面关于套接字对客户端连接的影响的分析，我们可以看出在这种情况下，IPv4 RMI 客户端和 IPv6 RMI 客户端都应该能够顺利连接 RMI 服务器。下面我们就看一下 IPv4 客户端的连接程序：清单4. RMI 客户端程序 import java.rmi.*; import java.rmi.server.*; public class SampleClient { public static void main(String[] args) { //get the remote object from the registry try { //using RMI server ’ s IPv4 address to connect String url = "//9.181.27.34/SAMPLE-SERVER"; SampleServer remoteObject = (SampleServer)Naming.lookup(url); System.out.println("Got remote object"); System.out.println(" 1 + 2 = " + remoteObject.sum(1,2) ); } catch (RemoteException exc) { System.out.println("Error in lookup: " + exc.toString()); } catch (java.net.MalformedURLException exc) { System.out.println("Malformed URL: " + exc.toString()); } catch (java.rmi.NotBoundException exc) { System.out.println("NotBound: " + exc.toString()); } } }编译并运行该程序，可以看到正常连接到 RMI 服务器，运行结果如下：Got remote object 1 + 2 = 3下面我们在 IPv4 RMI 客户端程序的基础上作一下改动，用 RMI 服务器的 IPv6 地址进行连接，修改如下：String url = "//2001:251:1a05::6/SAMPLE-SERVER"; SampleServer remoteObject = (SampleServer)Naming.lookup(url);编译修改之后的程序，在 IPv6 RMI 客户端上运行，同样可以正常连接 RMI 服务器，运行结果如下：Got remote object 1 + 2 = 3通过这个例子，我们可以看出基本的 RMI 程序对 IPv6 的支持是透明的，它可以同时支持 IPv4 和 IPv6 。通过这个例子，我们也可以看出，它实际上不能绑定 IP 地址，这在安全性要求比较高的企业级应用程序中并不是很合适，它们通常采用UnicastRemoteObject类的exportObject(Remote obj, int port, RMIClientSocketFactory csf, RMIServerSocketFactory ssf)方法来绑定 RMI IP 地址。在RMIServerSocketFactory实例中，创建 RMI 服务器套接字并绑定 IP 地址，在RMIClientSocketFactory实例中通过服务器绑定的 IP 地址进行访问。在RMI 服务器绑定 IP 地址的情况，如果让 RMI 同时支持 IPv4 和 IPv6 呢？下面给出了一个解决方案。既然要让 RMI 同时支持 IPv4 和 IPv6，那么在服务器端，我们就要同时创建两个套接字，一个绑定在 IPv4 地址上，一个绑定在 IPv6 地址上。首先，我们应该创建两个类IPv4RMIServerSocket和IPv6RMIServerSocket，他们都实现RMIServerSocketFactory接口。IPv4RMIServerSocket创建一个服务器套接字并绑定在 RMI 服务器的 IPv4 地址上；IPv6RMIServerSocket创建一个服务器套接字并绑定在 RMI 服务器的 IPv6 地址上。其次，在创建两个类IPv4RMIClientSocket和IPv6RMIClientSocket，他们都实现RMIClientSocketFactory接口。IPv4RMIClientSocket创建一个客户端套接字并通过 RMI 服务器的 IPv4 地址进行连接；IPv6RMIClientSocket创建一个客户端套接字并通过 RMI 服务器的 IPv6 地址进行连接。然后，在创建好我们需要的服务器和客户端类之后，服务器应用程序需要两次调用exportObject方法将远程对象导出。但是有一个问题出现了，同一个远程对象不能同时导出两次。如何解决这个问题呢？办法就是我们需要对远程对象作一个wrapper。现在假设有一个远程对象Kernel的类定义如下：清单5. Kernel 类定义 public class Kernel extends Remote{ public void addWebServer(String hostName, int port) throws RemoteException { //Function implementation code } public void changeLogLevel(int level) throws RemoteException { //Function implementation code } }Kernel 的 Wrapper 定义如下：清单6. Kernel 的 Wrapper 类定义 public class KernelWrapper extends Remote { transient Kernel kernel_; public KernelWrapper (Kernel kernel) throws RemoteException, IOException { super(); kernel_ = kernel; } public void addWebServer(String hostName, int port) throws RemoteException { kernel_.addWebServer(hostName, port); } public void changeLogLevel(int level) throws RemoteException { kernel_.changeLogLevel(level); } }在应用程序初始化的时候，实例化一个 Kernel 实例，并将它作为参数实例化两个 KernelWrapper 实例，如下所示：清单7. KernelWrapper 实例化 kernelObj = new Kernel(); //remote kernel object for IPv4 clients ipv4kernelObj = new KernelWrapper (kernelObj); //remote kernel object for IPv6 clients ipv6kernelObj = new KernelWrapper (kernelObj);最后应用程序需要将 ipv4kernelObj 和 ipv6kernelObj 远程对象导出，如下所示：清单8. 远程对象导出 //export remote object for IPv4 client UnicastRemoteObject.exportObject( ipv4kernelObj, 1099, IPv4RMIClientSocket, IPv4RMIServerSocket ) //export remote object for IPv6 client UnicastRemoteObject.exportObject( ipv6kernelObj, 1099, IPv6RMIClientSocket, IPv6RMIServerSocket )这样IPv4 客户端通过服务器的 IPv4 地址进行访问，而 IPv6 客户端通过服务器的 IPv6 地址进行访问，从而成功的使得 RMI 服务器在绑定 IP 地址的情况下同时支持 IPv4 和 IPv6 。回页首结束语本文在分析服务器套接字对 IPv4 和 IPv6 客户端的影响的基础上，介绍了两种不同的 RMI 应用对 IPv6 的支持情况，同时给出了一种 RMI 服务器在需要绑定 IP 地址的情况下如何同时支持 IPv4 和 IPv6 客户端的解决方案。参考资料 IPv6 主页：IPv6 官方网站。
Networking IPv6 User Guide for J2SDK/JRE 1.4：JDK 1.4 对 IPv6 的支持。
An example of RMI programming：RMI 的简单例子。
“探索Internet Protocol, version 6 (IPv6)”（developerWorks，2006 年 7 月）：了解 IPv6 的地址格式、主要优点和符合新标准的 IT 产品。
“配置FTP 服务器以支持 IPv6”（developerWorks，2006 年 8 月）：在本文中，学习配置 File Transfer Protocol (FTP) 服务器以支持 IPv6，然后通过一个简单的使用 IPv6 地址的 Java 程序来与 FTP 服务器通信。
“结合使用 WebSphere Application Server V7 和 IPv6”（developerWorks，2008 年 11 月）：本文将介绍用于验证 IBM WebSphere Application Server V7 的过程，以验证其对 IPv6 以及对 IPv4/IPv6 混合模式基础结构的支持。
developerWorks Java 技术专区：这里有数百篇关于 Java 编程的文章。
关于作者沈刚目前在 IBM Tivoli 部门从事 ITM for Applications 产品开发工作。关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用谢谢! 此内容已经标识给管理员注意。关闭[x]关于报告滥用的帮助报告滥用报告滥用提交失败。 请稍后重试。关闭[x]developerWorks：登录IBM ID：需要一个 IBM ID？忘记IBM ID？密码：忘记密码？更改您的密码 保持登录。单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款 当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息。您在developerWorks 概要信息中选择公开的信息将公开显示给其他人，但您可以随时修改这些信息的显示状态。您的姓名（除非选择隐藏）和昵称将和您在 developerWorks 发布的内容一同显示。所有提交的信息确保安全。关闭[x]请选择您的昵称：当您初次登录到 developerWorks 时，将会为您创建一份概要信息，您需要指定一个昵称。您的昵称将和您在 developerWorks 发布的内容显示在一起。昵称长度在 3 至 31 个字符之间。 您的昵称在 developerWorks 社区中必须是唯一的，并且出于隐私保护的原因，不能是您的电子邮件地址。昵称：（长度在 3 至 31 个字符之间）单击提交则表示您同意developerWorks 的条款和条件。 使用条款. 所有提交的信息确保安全。为本文评分评论回页首