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iOS应用支持IPV6,就那点事儿

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philon
2016.05.24 01:26* 字数 3218

果然是苹果打个哈欠,iOS行业内就得起一次风暴呀。自从5月初Apple明文规定所有开发者在6月1号以后提交新版本需要支持IPV6-Only的网络,大家便开始热火朝天的研究如何支持IPV6,以及应用中哪些模块目前不支持IPV6。

为了更好的交流,特建了一个IPV6交流群(群号:574410254),希望能否相互交流沟通问题:

IPV6支持交流群.png

一、IPV6-Only支持是啥?

首先IPV6,是对IPV4地址空间的扩充。目前当我们用iOS设备连接上Wifi、4G、3G等网络时,设备被分配的地址均是IPV4地址,但是随着运营商和企业逐渐部署IPV6 DNS64/NAT64网络之后,设备被分配的地址会变成IPV6的地址,而这些网络就是所谓的IPV6-Only网络,并且仍然可以通过此网络去获取IPV4地址提供的内容。客户端向服务器端请求域名解析,首先通过DNS64 Server查询IPv6的地址,如果查询不到,再向DNS Server查询IPv4地址,通过DNS64 Server合成一个IPV6的地址,最终将一个IPV6的地址返回给客户端。如图所示:

NAT64-DNS64-ResolutionOfIPv4_2x.png

在Mac OS 10.11+的双网卡的Mac机器(以太网口+无线网卡),我们可以通过模拟构建这么一个local IPv6 DNS64/NAT64 的网络环境去测试应用是否支持IPV6-Only网络,大概原理如下:

local_ipv6_dns64_nat64_network_2x.png

二、Apple如何审核支持IPV6-Only?

首先第一点:这里说的支持IPV6-Only网络,其实就是说让应用在 IPv6 DNS64/NAT64 网络环境下仍然能够正常运行。但是考虑到我们目前的实际网络环境仍然是IPV4网络,所以应用需要能够同时保证IPV4和IPV6环境下的可用性。从这点来说,苹果不会去扫描IPV4的专有API来拒绝审核通过,因为IPV4的API和IPV6的API调用都会同时存在于代码中(不过为了减小审核被拒风险,建议将IPV4专有API通过IPV6的兼容API来替换)。

其次第二点:Apple官方声明iOS9开始向IPV6支持过渡,在iOS9.2+支持通过getaddrInfo方法将IPV4地址合成IPV6地址(The ability to synthesize IPv6 addresses was added to getaddrinfo in iOS 9.2 and OS X 10.11.2)。其提供的Reachability库在iOS8系统下,当从IPV4切换到IPV6网络,或者从IPV6网络切换到IPV4,是无法监控到网络状态的变化。也有一些开发者针对这些Bug询问Apple的审核部门,给予的答复是只需要在苹果最新的系统上保证IPV6的兼容性即可

最后第三点:只要应用的主流程支持IPV6,通过苹果审核即可。对于不支持IPV6的模块,考虑到我们现实IPV6网络的部署还需要一段时间,短时间内不会影响我们用户的使用。但随着4G网络IPV6的部署,这部分模块还是需要逐渐安排人力进行支持。

追加第四点:如果应用一直直接使用IPV4地址通过NSURLConenction或者NSURLSession进行网络请求(一般需要服务器允许,且客户端需要在header中伪装host);经测试,IPV6网络环境下,直接使用IPV4地址在iOS9及以上的系统仍然能够正常访问;在iOS8.4及以下不能正常访问;这一点苹果的解释和建议是这样的:


Note: In iOS 9 and OS X 10.11 and later, NSURLSession and CFNetwork automatically synthesize IPv6 addresses from IPv4 literals locally on devices operating on DNS64/NAT64 networks. However, you should still work to rid your code of IP address literals.


三、应用如何支持IPV6-Only?

对于如何支持IPV6-Only,官方给出了如下几点标准:(这里就不对其进行解释了,大家看上面的参考链接即可)

1. Use High-Level Networking Frameworks;
2. Don’t Use IP Address Literals;
3. Check Source Code for IPv6 DNS64/NAT64 Incompatibilities;
4. Use System APIs to Synthesize IPv6 Addresses;

3.1 NSURLConnection是否支持IPV6?

官方的这句话让我们疑惑顿生:
*** using high-level networking APIs such as NSURLSession and the CFNetwork frameworks and you connect by name, you should not need to change anything for your app to work with IPv6 addresses***

只说了NSURLSession和CFNetwork的API不需要改变,但是并没有提及到NSURLConnection。 从上文的参考资料中,我们看到NSURLSession、NSURLConnection同属于Cocoa的url loading system,可以猜测出NSURLConnection在ios9上是支持IPV6的。

应用里面的API网络请求,大家一般都会选择AFNetworking进行请求发送,由于历史原因,应用的代码基本上都深度引用了AFHTTPRequestOperation类,所以目前API网络请求均需要通过NSURLConnection发送出去,所以必须确认NSURLConnection是否支持IPV6. 经过测试,NSURLConnection在最新的iOS9系统上是支持IPV6的。

3.2 Cocoa的URL Loading System从iOS哪个版本开始支持IPV6?

目前我们的应用最低版本还需要支持iOS7,虽然苹果只要求最新版本支持IPV6-Only,但是出于对用户负责的态度,我们仍然需要搞清楚在低版本上URL Loading System的API是否支持IPV6.

(to fix me, make some experiments)待续~~~

3.3 Reachability是否需要修改支持IPV6?

我们可以查到应用中大量使用了Reachability进行网络状态判断,但是在里面却使用了IPV4的专用API。

在Pods:Reachability中
AF_INET                  Files:Reachability.m
struct sockaddr_in       Files:Reachability.h , Reachability.m

那Reachability应该如何支持IPV6呢?
(1)目前Github的开源库Reachability的最新版本是3.2,苹果也出了一个Support IPV6 的Reachability的官方样例,我们比较了一下源码,跟Github上的Reachability没有什么差异。
(2)我们通常都是通过一个0.0.0.0 (ZeroAddress)去开启网络状态监控,经过我们测试,在iOS9以上的系统上IPV4和IPV6网络环境均能够正常使用;但是在iOS8上IPV4和IPV6相互切换的时候无法监控到网络状态的变化,可能是因为苹果在iOS8上还并没有对IPV6进行相关支持相关。(但是这仍然满足苹果要求在最新系统版本上支持IPV6的网络)。
(3)当大家都在要求Reachability添加对于IPV6的支持,其实苹果在iOS9以上对Zero Address进行了特别处理,官方发言是这样的:


reachabilityForInternetConnection: This monitors the address 0.0.0.0,
which reachability treats as a special token that causes it to actually
monitor the general routing status of the device, both IPv4 and IPv6.


+ (instancetype)reachabilityForInternetConnection {
    struct sockaddr_in zeroAddress;
    bzero(&zeroAddress, sizeof(zeroAddress));
    zeroAddress.sin_len = sizeof(zeroAddress);
    zeroAddress.sin_family = AF_INET;
    return [self reachabilityWithAddress: (const struct sockaddr *) &zeroAddress];
}

综上所述,Reachability不需要做任何修改,在iOS9上就可以支持IPV6和IPV4,但是在iOS9以下会存在bug,但是苹果审核并不关心。

四、底层的socket API如何同时支持IPV4和IPV6?

由于在应用中使用了网络诊断的组件,大量使用了底层的 socket API,所以对于IPV6支持,这块是个重头戏。如果你的应用中使用了长连接,其必然会使用底层socket API,这一块也是需要支持IPV6的。 对于Socket如何同时支持IPV4和IPV6,可以参考谷歌的开源库CocoaAsyncSocket.

下面我针对我们的开源 网络诊断组件, 说一下是如何同时支持IPV4和IPV6的。
开源地址:https://github.com/Lede-Inc/LDNetDiagnoService_IOS.git
这个网络诊断组件的主要功能如下:

  • 本地网络环境的监测(本机IP+本地网关+本地DNS+域名解析);
  • 通过TCP Connect监测到域名的连通性;
  • 通过Ping 监测到目标主机的连通耗时;
  • 通过traceRoute监测设备到目标主机中间每一个路由器节点的ICMP耗时;

4.1 IP地址从二进制到符号的转化

之前我们都是通过inet_ntoa()进行二进制到符号,这个API只能转化IPV4地址。而inet_ntop()能够兼容转化IPV4和IPV6地址。 写了一个公用的in6_addr的转化方法如下:

//for IPV6
+(NSString *)formatIPV6Address:(struct in6_addr)ipv6Addr{
    NSString *address = nil;
    
    char dstStr[INET6_ADDRSTRLEN];
    char srcStr[INET6_ADDRSTRLEN];
    memcpy(srcStr, &ipv6Addr, sizeof(struct in6_addr));
    if(inet_ntop(AF_INET6, srcStr, dstStr, INET6_ADDRSTRLEN) != NULL){
        address = [NSString stringWithUTF8String:dstStr];
    }
    
    return address;
}

//for IPV4
+(NSString *)formatIPV4Address:(struct in_addr)ipv4Addr{
    NSString *address = nil;
    
    char dstStr[INET_ADDRSTRLEN];
    char srcStr[INET_ADDRSTRLEN];
    memcpy(srcStr, &ipv4Addr, sizeof(struct in_addr));
    if(inet_ntop(AF_INET, srcStr, dstStr, INET_ADDRSTRLEN) != NULL){
        address = [NSString stringWithUTF8String:dstStr];
    }
    
    return address;
}

4.2 本机IP获取支持IPV6

相当于我们在终端中输入ifconfig命令获取字符串,然后对ifconfig结果字符串进行解析,获取其中en0(Wifi)、pdp_ip0(移动网络)的ip地址。

注意:
(1)在模拟器和真机上都会出现以FE80开头的IPV6单播地址影响我们判断,所以在这里进行特殊的处理(当第一次遇到不是单播地址的IP地址即为本机IP地址)。
(2)在IPV6环境下,真机测试的时候,第一个出现的是一个IPV4地址,所以在IPV4条件下第一次遇到单播地址不退出。

+ (NSString *)deviceIPAdress
{
        while (temp_addr != NULL) {
            NSLog(@"ifa_name===%@",[NSString stringWithUTF8String:temp_addr->ifa_name]);
            // Check if interface is en0 which is the wifi connection on the iPhone
            if ([[NSString stringWithUTF8String:temp_addr->ifa_name] isEqualToString:@"en0"] || [[NSString stringWithUTF8String:temp_addr->ifa_name] isEqualToString:@"pdp_ip0"])
            {
                //如果是IPV4地址,直接转化
                if (temp_addr->ifa_addr->sa_family == AF_INET){
                    // Get NSString from C String
                   address = [self formatIPV4Address:((struct sockaddr_in *)temp_addr->ifa_addr)->sin_addr];
                }
                
                //如果是IPV6地址
                else if (temp_addr->ifa_addr->sa_family == AF_INET6){
                    address = [self formatIPV6Address:((struct sockaddr_in6 *)temp_addr->ifa_addr)->sin6_addr];
                    if (address && ![address isEqualToString:@""] && ![address.uppercaseString hasPrefix:@"FE80"]) break;
                }
            }

            temp_addr = temp_addr->ifa_next;
        }
    }
}

4.3 设备网关地址获取获取支持IPV6

其实是在IPV4获取网关地址的源码的基础上进行了修改,初开把AF_INET->AF_INET6, sockaddr -> sockaddr_in6之外,还需要注意如下修改,就是拷贝的地址字节数。去掉了ROUNDUP的处理。 (解析出来的地址老是少了4个字节,结果是偏移量搞错了,纠结了半天),具体参考源码库。

   /* net.route.0.inet.flags.gateway */
    int mib[] = {CTL_NET, PF_ROUTE, 0, AF_INET6, NET_RT_FLAGS, RTF_GATEWAY};

    if (sysctl(mib, sizeof(mib) / sizeof(int), buf, &l, 0, 0) < 0) {
         address = @"192.168.0.1";
    }

    ....

    //for IPV4
    for (i = 0; i < RTAX_MAX; i++) {
                if (rt->rtm_addrs & (1 << i)) {
                    sa_tab[i] = sa;
                    sa = (struct sockaddr *)((char *)sa + ROUNDUP(sa->sa_len));
                } else {
                    sa_tab[i] = NULL;
                }
            }

  //for IPV6
     for (i = 0; i < RTAX_MAX; i++) {
                if (rt->rtm_addrs & (1 << i)) {
                    sa_tab[i] = sa;
                    sa = (struct sockaddr_in6 *)((char *)sa + sa->sin6_len);
                } else {
                    sa_tab[i] = NULL;
                }
            }

4.4 设备DNS地址获取支持IPV6

IPV4时只需要通过res_ninit进行初始化就可以获取,但是在IPV6环境下需要通过res_getservers()接口才能获取。

+(NSArray *)outPutDNSServers{
    res_state res = malloc(sizeof(struct __res_state));
    int result = res_ninit(res);
    
    NSMutableArray *servers = [[NSMutableArray alloc] init];
    if (result == 0) {
        union res_9_sockaddr_union *addr_union = malloc(res->nscount * sizeof(union res_9_sockaddr_union));
        res_getservers(res, addr_union, res->nscount);
        
        for (int i = 0; i < res->nscount; i++) {
            if (addr_union[i].sin.sin_family == AF_INET) {
                char ip[INET_ADDRSTRLEN];
                inet_ntop(AF_INET, &(addr_union[i].sin.sin_addr), ip, INET_ADDRSTRLEN);
                NSString *dnsIP = [NSString stringWithUTF8String:ip];
                [servers addObject:dnsIP];
                NSLog(@"IPv4 DNS IP: %@", dnsIP);
            } else if (addr_union[i].sin6.sin6_family == AF_INET6) {
                char ip[INET6_ADDRSTRLEN];
                inet_ntop(AF_INET6, &(addr_union[i].sin6.sin6_addr), ip, INET6_ADDRSTRLEN);
                NSString *dnsIP = [NSString stringWithUTF8String:ip];
                [servers addObject:dnsIP];
                NSLog(@"IPv6 DNS IP: %@", dnsIP);
            } else {
                NSLog(@"Undefined family.");
            }
        }
    }
    res_nclose(res);
    free(res);
    
    return [NSArray arrayWithArray:servers];
}

4.4 域名DNS地址获取支持IPV6

在IPV4网络下我们通过gethostname获取,而在IPV6环境下,通过新的gethostbyname2函数获取。

//ipv4
phot = gethostbyname(hostN);

//ipv6
 phot = gethostbyname2(hostN, AF_INET6);

4.5 ping方案支持IPV6

Apple的官方提供了最新的支持IPV6的ping方案,参考地址如下:
https://developer.apple.com/library/mac/samplecode/SimplePing/Introduction/Intro.html

只是需要注意的是:
(1)返回的packet去掉了IPHeader部分,IPV6的header部分也不返回TTL(Time to Live)字段;
(2)IPV6的ICMP报文不进行checkSum的处理;

4.6 traceRoute方案支持IPV6

其实是通过创建socket套接字模拟ICMP报文的发送,以计算耗时;
两个关键的地方需要注意:
(1)IPV6中去掉IP_TTL字段,改用跳数IPV6_UNICAST_HOPS来表示;
(2)sendto方法可以兼容支持IPV4和IPV6,但是需要最后一个参数,制定目标IP地址的大小;因为前一个参数只是指明了IP地址的开始地址。千万不要用统一的sizeof(struct sockaddr), 因为sockaddr_in 和 sockaddr都是16个字节,两者可以通用,但是sockaddr_in6的数据结构是28个字节,如果不显式指定,sendto方法就会一直返回-1,erroNo报22 Invalid argument的错误。

关键代码如下:(完整代码参考开源组件)

//构造通用的IP地址结构stuck sockaddr

 NSString *ipAddr0 = [serverDNSs objectAtIndex:0];
    //设置server主机的套接口地址
    NSData *addrData = nil;
    BOOL isIPV6 = NO;
    if ([ipAddr0 rangeOfString:@":"].location == NSNotFound) {
        isIPV6 = NO;
        struct sockaddr_in nativeAddr4;
        memset(&nativeAddr4, 0, sizeof(nativeAddr4));
        nativeAddr4.sin_len = sizeof(nativeAddr4);
        nativeAddr4.sin_family = AF_INET;
        nativeAddr4.sin_port = htons(udpPort);
        inet_pton(AF_INET, ipAddr0.UTF8String, &nativeAddr4.sin_addr.s_addr);
        addrData = [NSData dataWithBytes:&nativeAddr4 length:sizeof(nativeAddr4)];
    } else {
        isIPV6 = YES;
        struct sockaddr_in6 nativeAddr6;
        memset(&nativeAddr6, 0, sizeof(nativeAddr6));
        nativeAddr6.sin6_len = sizeof(nativeAddr6);
        nativeAddr6.sin6_family = AF_INET6;
        nativeAddr6.sin6_port = htons(udpPort);
        inet_pton(AF_INET6, ipAddr0.UTF8String, &nativeAddr6.sin6_addr);
        addrData = [NSData dataWithBytes:&nativeAddr6 length:sizeof(nativeAddr6)];
    }
    
    struct sockaddr *destination;
    destination = (struct sockaddr *)[addrData bytes];

//创建socket
if ((recv_sock = socket(destination->sa_family, SOCK_DGRAM, isIPV6?IPPROTO_ICMPV6:IPPROTO_ICMP)) < 0)
if ((send_sock = socket(destination->sa_family, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)

//设置sender 套接字的ttl
if ((isIPV6? 
setsockopt(send_sock,IPPROTO_IPV6, IPV6_UNICAST_HOPS, &ttl, sizeof(ttl)):
setsockopt(send_sock, IPPROTO_IP, IP_TTL, &ttl, sizeof(ttl))) < 0)

//发送成功返回值等于发送消息的长度
ssize_t sentLen = sendto(send_sock, cmsg, sizeof(cmsg), 0, 
(struct sockaddr *)destination, 
isIPV6?sizeof(struct sockaddr_in6):sizeof(struct sockaddr_in));

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