IPV6、IPV4双栈问题-技术圈

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PS: 人生和代码一样，不反思、不迭代就无法获得成长。

最近接触到单双栈问题，简单梳理下，双栈与单栈，也就是 IPV4 相比，双栈客户端的应用程序会遇到明显的连接延时，使得双栈客户端的用户体验变差，下面了解一下双栈问题以及其解决方法，主要内容如下：

双栈选择问题
IPV6无法访问时的延时
Happy Eyeballs
实际运用

双栈选择问题

双栈选择问题及 IPV6/IPV4 选择问题，首见于 RFC1671 文档，IPV6(Internet Protocol version 6) 就是互联网协议第六版，IPV4(Internet Protocol version 4) 就是互联网协议第四版，IPV6 主要解决的问题是 IPV4 的地址资源日益枯竭，IPv6 增强的关键是将 IP 地址空间从 32 位扩展到 128 位，从根本上实现不受限制的唯一 IP 地址，双栈选择问题是在互联网迅速发展的大背景下出现，当处于双栈状态下，DNS 解析出来的地址有两类地址，，单栈状态下，DNS 解析出来是 IPV4 或 IPV6 地址，当然目前说到单栈一般都是默认单栈 IPV4。

IPV6无法访问时的延时

当 IPV6 不能访问时，支持 IPV6 的程序需要延迟几秒钟才能正常切换到 IPV4，这会影响用户体验，为了不影响用户体验有些系统会直接禁用 IPV6。

IPV6 不能访问的原因如下：

Reasons for such failure include no connection to the IPv6 Internet, broken 6to4 or Teredo tunnels, and broken IPv6 peering.

下面看下 IPV6 连接失败的流程图：

如上图所示，客户端域名解析获取到 IPV6、IPV4 地址，然后先请求 IPV6 未连接成功，几秒后切换到 IPV4 连接成功，其中 IPV6 等待连接到连接失败的这段时间就是 IPV6 无法访问时的耗时。

Happy Eyeballs

RFC6555 中定义了一种减少可见延迟的算法要求 Happy Eyeballs，其最基础的两个目标如下：

为用户提供快速连接 IPV6 和 IPV4 的能力，即快速尝试使用 IPV6 进行连接，如果快速连接未成功，则切换到 IPV4 进行连接。
避免同时连接 IPV6 和 IPV4 而对网络造成冲击。

下面是上述思想的示意图如下：

如上图所示，客户端同时通过 IPV6 和 IPV4 发送两个 TCP SYN 包，IPV6 未连接成功，IPV4 则响应成功，重试 IPV6 直到用户放弃连接 IPV6 直接切换到 IPV4 即可。

执行完上述过程后，客户端则知道 IPV6 和 IPV4 地址是否连接成功，客户端可以把结果缓存起来，避免后续的连接尝试中影响网络，如在上面示例中 IPV6 连接是失败，后续连接中可以直接切换到 IPV4 进行连接，可以为缓存连接结果设定一个有效期，如 10 分钟，之后可刷新连接状态，这就是在一定程度上减少了 IPV6 连接异常时的耗时，有助于增加用户体验。

下面是一个 IPV6 工作正常的示意图：

如上图所示，客户端同时通过 IPV6 和 IPV4 发送两个 TCP SYN 包，IPV6 和 IPV4 都连接成功，IPV6 直接连接成功，则直接走 IPV6，忽略 IPV4 即可，同样记录 IPV6 连接状态，可在设定的有效期内直接 IPV6 进行连接，

只要客户端主机是支持双栈的，Happy Eyeballs 机制就会一直存在，只要存在仅支持 IPV4 的服务器存在，Happy Eyeballs 就会一直存在，随着时间的推移，IPV4 将会逐渐退出历史舞台，Happy Eyeballs 的实现场景可能不同，但是基本遵循上述要求。

实际运用

一般应用层使用到的域名解析 API 如下：

1public static InetAddress[] getAllByName(String host)

上述方法会返回域名 host 对应的 IP 地址，此时就可以根据 IP 地址是 IPV6 地址还是 IPV4 地址进行单双栈问题的适配了，具体实现可以根据需求进行调整和完善，上面介绍的 Happy Eyeballs 主要就是在解决双栈时带来的延时问题，大型 App 应该都有自己的对应算法实现，有的甚至 DNS 这块也是自己实现的，这里了解一下即可。