翻译

本文另有 英文版本。

垃圾在玉泉三本的有线好歹是有 IPv6 的，做计网作业的时候顺便研究了一下 IPv6 的网络编程。

基本上是我按照自己的经验写出来的，如果有不对的地方还请指正。

生成 socket、连接 server、绑定地址

socket 和 AF_INET6

调用 socket() 的时候，把第一个参数设成 AF_INET6 即可，例如生成一个 TCP socket：socket(AF_INET6, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)。有趣的是 Windows 和 Linux 上这个宏的实际值并不一样。

sockaddr_in6

和 sockaddr_in 类似，用来存放 IPv6 的地址信息。除 sin6_family、sin6_port、sin6_addr 之外，还有两个额外的成员 sin6_flowinfo、sin6_scope_id，所以在使用时要注意先用 memset 把全部成员清零，否则有可能造成连接失败。

sockaddr_storage

这个结构体可以容纳下所有类型的 sockaddr。对于 IPv4 和 IPv6 混合编程，可以使用这个结构来统一存放地址。但是这个结构体使用时，除了一个 ss_family 能直接访问，其它的总要类型转换，有点麻烦。我一般用一个 sockaddr_in、sockaddr_in6、sockaddr_storage 组成的 union 来保存地址，这样调试的时候也方便查看。

connect

connect() 并没有什么特别的地方，注意 addrlen 参数不要填得太短了导致失败，send 和 recv 和 IPv4 的一样。

IN6ADDR_ANY_INIT、IN6ADDR_LOOPBACK_INIT

类似 IPv4 的 INADDR_ANY、INADDR_LOOPBACK，可以直接赋值给 sin6_addr，分别用来 bind 到 [::] 和 [::1]。

地址的转换

可以用 inet_pton() 把字符串格式的地址转换为 sin6_addr 的二进制表示。inet_ntop() 作用与其相反。

连接到链路本地地址

前面提到的手工填入各项参数的方法比较适合 IPv6 单播地址，但对于没有接入到 IPv6 互联网的情况，只有链路本地地址可以使用（当然链路本地地址只能在同一个“链路”内使用，比如同一个交换机内）。链路本地地址的前缀为 fe80::/10，后面跟着 64 位的后缀。

原理

直接把链路本地地址填进去是不能连接的，因为链路本地地址并没有像单播地址那样的前缀机制，没法区分出哪些地址处于一个子网中，路由表中也没有链路本地地址的路由信息。如果电脑有多块网卡，就无法判断该由哪块网卡发送数据。

ipv6(7) 中提到了 sin6_scope_id 的用法：

sin6_scope_id is an ID depending on the scope of the address. It is new in Linux 2.4. Linux supports it only for link-local addresses, in that case sin6_scope_id contains the interface index (see netdevice(7)).

也就是说，使用链路本地地址时，需要在 sin6_scope_id 里填上网卡的序号。运行 ip a（Linux）或者 ipconfig /all（Windows）可以查看当前所有的地址：

Linux 网络接口及其序号

lo、ens33 前面的 1、2 就是 index。在地址后面加上 %x 可以表示 scope ID，例如直接运行 ping6 fe80::20c:29ff:fe09:31c6 会提示参数无效，改成 ping6 fe80::20c:29ff:fe09:31c6%2 就能使用，ping6 fe80::20c:29ff:fe09:31c6%ens33 也能运行。

getaddrinfo

可以直接把 index 填入 sin6_scope_id 中，但是对于后面给出网卡名称的形式，就需要调用 getaddrinfo()。这个函数经常用于解析 IPv4 地址，但也能用来填写 IPv6 地址，例如：

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#define addr "fe80::20c:29ff:fe09:31c6%ens33"
#define port "80"

struct addrinfo hints, *results;
struct sockaddr_storage addr_svr;

memset(&hints, 0, sizeof(struct addrinfo));
hints.ai_family = AF_INET6;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;
if (getaddrinfo(addr, port, &hint, &results) != 0) {
    puts("error in getaddrinfo");
}
else {
    memcpy(&addr_svr, results[0].ai_addr, results[0].ai_addrlen);
}

单播地址或者带有 scope ID 的链路本地地址都可以用 getaddrinfo() 来获取 sockaddr。

getnameinfo

这个函数作用和 getaddrinfo() 相反。如果已知某个 sockaddr_in6 结构体，可以用这个函数转换成字符串；如果是链路本地地址，后面也会有 scope ID。

同时监听 IPv6 和 IPv4

想写一个服务器的话肯定需要同时支持两种网络层协议，然而 accept() 是阻塞的，在 IPv4 上 accept 的时候 IPv6 就没法连接，所以必须使用多线程同时监听，或者采用 I/O 复用机制。

select() 应该算是最原始的 I/O 复用机制了。把 IPv6 和 IPv4 的 socket 都加入到同一个 fd_set 里面，传给 select() 的 readfds。当有连接进入的时候，用于 accept 的 socket 会变成可读，在可读的 socket 上调用 accept() 就可以避免被阻塞了。

最后

IPv6 是大势所趋，三本的无线网啥时候也加上 IPv6 啊……