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面向 Web 开发者的 IPv6

Web 开发者需要了解的 IPv6 知识：带括号的 URL、数据库存储、套接字编程以及要避免的常见错误。

ping6.net2024年12月14日3 min read
IPv6Web 开发编程数据库套接字

面向 Web 开发者的 IPv6#

如果你一直忽略 IPv6，因为「这将是以后的问题」，以后就是现在。移动网络运行 IPv6 优先。NAT64 后面的一些用户只能通过 IPv6 访问你。即使你的开发机器上的 localhost 也可能在 127.0.0.1 之前解析为 ::1。

本指南涵盖你实际需要知道的内容：在 URL 中处理 IPv6、在数据库中存储地址、套接字编程以及如果你不小心会咬你的错误。

TL;DR - 快速摘要

要点：

  • 在 URL 中使用方括号表示 IPv6：http://[2001:db8::1]:8080/api
  • 数据库存储：PostgreSQL 使用 INET 类型，MySQL 使用 VARBINARY(16) 或 VARCHAR(45)
  • 套接字编程：绑定到 :: 实现双栈支持，使用 getaddrinfo() 进行客户端连接
  • 避免使用正则表达式验证 IPv6，使用适当的解析库
  • 速率限制应基于 /64 子网而非单个地址（因隐私扩展）

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URL 中的 IPv6#

IPv6 地址包含冒号，这与 URL 中的端口分隔符冲突。解决方案是方括号表示法：

http://[2001:db8::1]:8080/api/users
https://[2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946]/

没有括号，解析器无法判断地址在哪里结束，端口在哪里开始。这适用于：

  • HTTP/HTTPS URL
  • WebSocket 连接（ws://[::1]:3000）
  • 数据库连接字符串
  • 任何 URI 方案

以编程方式生成 URL 时，将 IPv6 地址包装在括号中。解析时，在验证或存储之前去除它们。

数据库存储#

经典错误是使用 VARCHAR(15) 存储 IP 地址。这适合 IPv4（最大 15 个字符：255.255.255.255），但不适合 IPv6。

PostgreSQL 有一个原生 INET 类型，可以处理 IPv4 和 IPv6：

CREATE TABLE users (
  id SERIAL PRIMARY KEY,
  ip_address INET NOT NULL
);
 
-- 自动验证和规范化
INSERT INTO users (ip_address) VALUES ('2001:db8::1');
INSERT INTO users (ip_address) VALUES ('192.0.2.1');

INET 类型有效地存储地址，在插入时验证它们，并支持使用 << 和 >> 运算符的子网匹配等网络操作。

MySQL 缺乏原生类型，因此使用：

  • VARBINARY(16) - 存储二进制表示（IPv6 为 16 字节，IPv4 为 4 字节）
  • VARCHAR(45) - 存储字符串表示（扩展 IPv6 的最大长度）

二进制存储更高效，但需要转换函数：

-- 存储
INSERT INTO users (ip_address) VALUES (INET6_ATON('2001:db8::1'));
 
-- 检索
SELECT INET6_NTOA(ip_address) FROM users;

**规范化很重要。**IPv6 地址有多个有效表示：

  • 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001
  • 2001:db8::1（压缩）
  • 2001:db8:0:0:0:0:0:1（部分压缩）

在比较或索引之前始终规范化。大多数库都有规范形式函数。

套接字编程#

套接字 API 将 IPv4 和 IPv6 视为单独的地址族。现代应用程序应同时支持两者。

Node.js 默认使用双栈套接字：

const http = require('http');
 
// 绑定到 ::（所有 IPv6 地址）并通过映射接受 IPv4
const server = http.createServer((req, res) => {
  res.end(`Your IP: ${req.socket.remoteAddress}`);
});
 
server.listen(3000, '::');

:: 地址是 0.0.0.0 的 IPv6 等效项，接受所有接口上的连接。大多数系统支持 IPv4 映射的 IPv6 地址（::ffff:192.0.2.1），允许单个 IPv6 套接字处理两个协议。

Python 需要显式双栈处理：

import socket
 
sock = socket.socket(socket.AF_INET6, socket.SOCK_STREAM)
sock.setsockopt(socket.IPPROTO_IPV6, socket.IPV6_V6ONLY, 0)
sock.bind(('::', 8080))
sock.listen(5)

IPV6_V6ONLY 标志控制套接字是仅接受 IPv6 还是同时接受 IPv4 和 IPv6。

Go 默认使双栈：

listener, err := net.Listen("tcp", ":8080")
// 自动在 IPv4 和 IPv6 上监听

对于客户端连接，始终使用 getaddrinfo()（或你的语言的等效项）而不是手动解析地址。它正确处理 IPv4、IPv6 和双栈场景：

import socket
 
# 不要这样做
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(('example.com', 80))
 
# 这样做 - 适用于 IPv4 和 IPv6
addr_info = socket.getaddrinfo('example.com', 80, socket.AF_UNSPEC, socket.SOCK_STREAM)
sock = socket.socket(addr_info[0][0], addr_info[0][1])
sock.connect(addr_info[0][4])

本地测试#

大多数系统将 localhost 解析为 ::1（IPv6）和 127.0.0.1（IPv4）。检查你的 /etc/hosts：

127.0.0.1       localhost
::1             localhost

如果你的应用程序仅绑定到 127.0.0.1，它将不接受 IPv6 连接。绑定到 :: 以实现双栈或明确绑定到两个地址。

要测试仅 IPv6 行为，请在本地主机接口上禁用 IPv4 或在 HTTP 客户端中明确使用 [::1]：

curl http://[::1]:3000/

对于真实测试，使用仅 IPv6 测试网络。许多云提供商提供仅 IPv6 实例，强制你处理边缘情况，如 NAT64/DNS64。

CDN 和源服务器#

大多数 CDN（Cloudflare、Fastly、AWS CloudFront）默认支持 IPv6。它们将通过 IPv6 向客户端提供内容，并在需要时为你的源转换为 IPv4。

问题是：如果你直接公开 API（绕过 CDN），你的源服务器必须支持 IPv6。检查你的 DNS 有 AAAA 记录，你的防火墙允许 IPv6 流量。

常见错误#

**正则表达式验证。**IPv6 正则表达式模式非常复杂，通常是错误的：

// 不要这样做
const ipv6Regex = /^([0-9a-f]{1,4}:){7}[0-9a-f]{1,4}$/i;
// 在 :: 压缩、IPv4 映射地址、区域 ID 上失败...

改用适当的解析库。每种主要语言都有一个正确处理 IPv6 的库。对于验证，请使用我们的 IPv6 验证器工具。

**硬编码的 IPv4 地址。**在你的代码库中搜索如下模式：

const API_SERVER = 'http://192.168.1.100:3000';  // 不适用于 IPv6

改用主机名，或同时支持两个地址族。

**基于 IP 的速率限制。**由于隐私扩展，IPv6 地址经常更改。按确切地址进行速率限制将失败。改为按 /64 子网限制：

// 不好
const key = `rate:${ipAddress}`;
 
// 对于 IPv6 更好
const key = `rate:${ipv6ToSubnet64(ipAddress)}`;

**没有 IPv6 支持的库。**较旧的 HTTP 客户端、数据库驱动程序和网络库可能不处理 IPv6。使用实际的 IPv6 地址进行测试，而不仅仅是 localhost。如果库失败，请检查更新或替代方案。

**URL 解析边缘情况。**确保你的路由器/框架处理带括号的 IPv6 地址：

GET http://[2001:db8::1]:8080/api/users
Host: [2001:db8::1]:8080

一些解析器错误地将括号包含在 Host 头中或无法正确提取地址。

检查清单#

当你的应用程序准备好 IPv6 时：

  • 数据库列可以存储 45 个字符的字符串或使用原生 IP 类型
  • 服务器绑定到 :: 或明确监听 IPv4 和 IPv6
  • 客户端代码使用 getaddrinfo() 或等效项进行名称解析
  • IP 验证不依赖正则表达式
  • 配置中没有硬编码的 IPv4 地址
  • 速率限制和地理位置处理 IPv6 子网
  • URL 解析处理带括号的表示法

IPv6 不再是可选的。从一开始就构建它，你将避免以后的痛苦迁移。

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