深入了解Linux Socket IPv6，提升网络编程实践技能 (linux socket ipv6)
在当今的高速互联网世界中，网络编程实践已成为每个程序员的必备技能之一。从网络协议到数据传输，从接口设计到调试排错，网络编程需要程序员不断地提高自己的技能。而在实践过程中，Linux Socket IPv6已经成为一个必须掌握的技能领域。
一、IPv6介绍
IPv6是Internet协议版本6，是Internet标准协议IP的下一代。IPv6的主要目标是增加IP地址空间，提高路由性能和安全性等，同时简化协议头以提高处理效率。IPv6是一个128位的地址空间，与IPv4的32位地址相比，IPv6可以支持更多的地址，可以缓解IPv4地址枯竭问题。
IPv6地址格式：
IPv6地址由8组16进制数字组成，每组数字用“：”分隔。可以进一步简化为省略0和连续的“：”组成压缩地址，如下所示：
2023:0db8:85a3::8a2e:0370:7334
二、IPv6地址在Socket编程中的应用
在网络编程中，Socket是比较常用的一种通信方式。Socket是一种通用的网络编程API，支持各种协议和传输层接口，提供了相应的函数接口。Socket可以用于TCP/IP通信，以及UDP、RAW等协议。在Linux中，socket()、bind()、listen()、accept()、connect()、sendto()、recvfrom()、send()和recv()等函数可以完成Socket流程。
在IPv6中，Socket的地址family使用AF_INET6或PF_INET6表示。创建Socket时，可以使用system call接口socket()，可以根据协议类型、地址类型和套接字类型来指定套接字的参数。
下面是socket调用函数接口的代码片段：
int socket(int address_family, int socket_type, int protocol)
其中，address_family指定套接字的地址族类型AF_INET6，socket_type是指定套接口的类型SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW等，protocol是指定协议的类型IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP等。下面是一个示例：
int sockfd;
sockaddr_in6 serv_addr;
socklen_t sock_len;
sockfd = socket(AF_INET6, SOCK_DGRAM, 0);
if (0 > sockfd) {
perror(“socket() error”);
exit(-1);
}
sock_len = sizeof(serv_addr);
memset(&serv_addr, 0, sock_len);
serv_addr.sin6_family = AF_INET6;
serv_addr.sin6_port = htons(SERVER_PORT);
inet_pton(AF_INET6, SERVER_IP, &serv_addr.sin6_addr);
在建立连接时，使用connect()函数指定IPv6地址和端口号，如下所示：
if (connect(sockfd, (sockaddr *)&serv_addr, sock_len)
perror(“connect() error”);
exit(-1);
}
在UDP数据包发送和接收时，由于IPv6不支持广播地址，需要使用特殊地址和端口号。IPv6的特殊地址包括：
1. 空地址：:: ，例如源地址或接收地址可以设置为空地址。
2. 回环地址：::1 ，IPv4回环地址是127.0.0.1。
3. 多播地址：ff00::/8 ，在IPv6中将组播的地址加入后，使用sockOPT()函数选项来指定源地址和接收地址。
下面是一个UDP数据包的发送和接收的代码片段：
char buf[BUFLEN];
int buf_len = strlen(buf);
ssize_t send_len = 0, rcv_len = 0;
send_len = send(sockfd, buf, buf_len, 0);
if (0 > send_len) {
perror(“send() error”);
exit(-1);
}
rcv_len = recv(sockfd, buf, BUFLEN, 0);
if (0 > rcv_len) {
perror(“recv() error”);
exit(-1);
}
在IPV6协议栈中，TCP和UDP协议已经进行升级，以便支持IPv6地址。例如，在IPv4中，TCP和UDP使用端口号和IP地址来制定网络连接。在IPv6中，TCP和UDP使用“流标识符”和IPv6地址来确定网络连接。在Linux中，从内核版本2.2开始，支持IPv6地址，同时支持IPv4地址和IPv6地址的共存。
三、IPv6在Linux系统中的配置
在Linux系统中，IPv6的配置需要在/etc/sysconfig/network-scripts目录下的ifcfg-eth0文件中进行设置。其中，ifcfg-eth0是网卡名称，可根据实际情况更改。
在ifcfg-eth0文件中，需配置IPV6ADDR、IPV6ADDR_SECONDARIES、IPV6_DEFAULTGW和IPV6_AUTOCONF等选项，如下所示：
DEVICE=eth0
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=none
NM_CONTROLLED=no
IPV6INIT=yes：
IPV6ADDR=2402:f000:1:1::4/64：设定IPv6地址
IPV6ADDR_SECONDARIES=”2402:f000:1:1::5/64″：可设多个IPv6地址
IPV6_DEFAULTGW=2402:f000:1:1::1：设定IPv6网关
IPV6_AUTOCONF=yes：设定IPv6自动配置路由
有了这些配置，就可以在程序中使用IPv6地址进行Socket编程，实现网络数据传输。
综上所述，深入了解Linux Socket IPv6，可以提高网络编程实践技能。IPv6作为下一代IP协议，具有更多的地址空间，更高的安全性和更快的路由性能等优势。在Linux系统中，IPv6的配置相对简单，只需在ifcfg-eth0文件中进行设置，就可以使用IPv6地址进行Socket编程。程序员只需要掌握一定的套接字操作和网络通信原理，就可以完美地实现网络编程的需求。
相关问题拓展阅读：
linux怎么查看进程占用端口
1. ss命令简介
ss 是 Socket Statistics 的缩写。ss 命令可以用来获取 socket 统计信息，它显示的内容和 netstat 类似。但 ss 的优势在于它能够显示更多更详细的有关 TCP 和连接状态的信息，而且比 netstat 更快。当服务器的 socket 连接数量变得非常大时，无论是使用 netstat 命令还是直接 cat /proc/net/tcp，执行速度都会很慢。ss 命令利用到了 TCP 协议栈中 tcp_diag。tcp_diag 是一个用于分析统计的模块，可以获得 Linux 内核中之一手的信息，因此 ss 命令的性能会好很多。
ss命令简介
2. 常用选项
-h, –help 帮助
-V, –version 显示版本号
-t, –tcp 显辩唯示 TCP 协议的 sockets
-u, –udp 显示携和培 UDP 协议的 sockets
-x, –unix 显示 unix domain sockets，与 -f 选项相同
-n, –numeric 不解析服务的名称，如 “22” 端口不会显示成 “ssh”
-l, –listening 只显示处于监听状态的端口
-p, –processes 显示监听端口的进程(Ubuntu 上需要 sudo)
-a, –all 对 TCP 协议来说，棚旦既包含监听的端口，也包含建立的连接
-r, –resolve 把 IP 解释为域名，把端口号解释为协议名称
3. 常见用法
如果不添加选项 ss 命令默认输出所有建立的连接(不包含监听的端口)，包括 tcp, udp, and unix socket 三种类型的连接：
3.1 查看前5名的连接：
Netid State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
u_str ESTAB 0 0 **
u_str ESTAB 0 0 **
u_str ESTAB 0 0 **
u_str ESTAB 0 0 /run/dbus/system_bus_socket* 18591
3.2 查看主机的监听端口
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
LISTEN.0.0.1:9016 :
LISTEN.0.0.1:9017 :
LISTEN.0.0.1:25 :
LISTEN.0.0.1:9018 :
LISTEN.0.0.1:1723 :
LISTEN.0.0.1:9019 :
3.3 linux查看tcp连接
ESTAB 0 0 ::1:ssh ::1:53238
ESTAB 0 0 ::1:53278 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:ssh ::1:53280
ESTAB 0 0 ::1:53288 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:ssh ::1:53296
ESTAB 0 0 ::1:53294 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:48456 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:53286 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:53292 ::1:ssh
ESTAB 0 0 ::1:ssh ::1:53272
linux查看tcp连接
3.4 解析IP和端口号
使用-r选项
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
LISTENmy_public_ip:9016 :
LISTENmy_public_ip:9017 :
LISTENlocalhost:tp :
LISTENmy_public_ip:9018 :
LISTENmy_public_ip:pptp :
LISTENmy_public_ip:9019 :
linux查看监听端口
3.5 输出时带进程名称
使用-p选项
Total: 2340 (kernel 2365)
TCP: 2126 (estab 72, closed 23, orphaned 1, synrecv 0, timewait 2/0), ports 0
Transport Total IP IPv6
3.6 根据条件过滤输出结果
可以通过语法过滤输出结果，根据源IP、源端口、目标IP、目标端口
src源
dst目标
ss dst 172.16.26.33
ss dst 172.16.26.43:http
ss dst 172.16.26.43:443
3.7 根据源端口号范围输出：
根据目标端口号范围输出：
ss dport OP PORT
OP 可以代表以下任意一个：
=ge大于或等于某个端口号==eq等于某个端口号!=ne不等于某个端口号>gt大于某个端口号
比如：
输出源端口号小于8080的连接状态
或者
3.8 根据TCP 的状态进行过滤
ss命令还可以根据TCP连接的状态进行过滤，支持的 TCP 协议中的状态有：
established
syn-sent
syn-recv
fin-wait-1
fin-wait-2
time-wait
closed
close-wait
last-ack
listening
closing
除了上面的 TCP 状态，还可以使用下面这些状态：
状态输出结果
all输出所有TCP状态。connected输出已经建立连接的TCP状态。synchronized输出同步状态的连接。bucket输出maintained的状态，如：time-wait 和 syn-recv。big输出与bucket相反的状态。
只输出ipv4状态：
只输出ipv6状态：
输出ipv4监听状态：
3.9 根据TCP状态和端口号进行过滤
输入出ipv4协议下的ssh监听状态：
或者
要么使用转义小括号，要么使用单引号
查看所有已经建立TCP三次握手的HTTP连接：
查看所有正在进程的ssh连接：
4. 总结
ss 命令功能丰富并且性能出色，完全可以替代 netsate 命令。已经成为我们日常查看 socket 相关信息的利器。未来netstat已经慢慢被ss取代。
同时兼容IPv4和IPv6的Socket该怎么写呢？ 请帮忙写一个具体的例子？谢谢了？
IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。
IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。
目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。
目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。
与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：
一，IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1（符号^表示升幂，下同）个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。
二，IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。
三，IPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS，Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。
四，IPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。
五，IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校局帆验，极大的增强了网络的安全性。
IPv6数据包：包头
IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因轿灶此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。
其中的各个字段分别为：
Version（版本号）：4位，IP协议版本号，值= 6。
Traffice Class（通信类别）：8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。
Flow Label（流标记）：20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。
Payload Length（负载长度）：16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65，535字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。
Next Header（下一包头）：8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。
Hop Limit（跳段数限制）：8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段。与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。
Source Address（源地址）：128位，发送方主机地址。
Destination Address（目的地址）：128位，在大多数闭腊扮情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。
IPv6数据包：扩展包头
IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。
通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，以便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。 但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。
目前，RFC 2460中定义了以下6个IPv6扩展头：Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头：
（一）Hop-by-Hop选项包头包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。其中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些选项有：
Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。
PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。
Jumbo Payload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。使用Jumbo Payload选项，分组有效载荷长度更大可达4,294,967,295字节。负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。
路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。
（二）目的地选项包头指名需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法：
如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。
如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。
（三）路由包头
类似于IPv4的松散源路由。IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。
（四）分段包头
提供分段和重装服务。当分组大于链路更大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。
（五）认证包头
提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。
（六）ESP协议包头
提供加密服务。
目前，病毒和互联网蠕虫是最让人头疼的网络攻击行为。但这种传播方式在IPv6的网络中就不再适用了，因为IPv6的地址空间实在是太大了，如果这些病毒或者蠕虫还想通过扫描地址段的方式来找到有可乘之机的其他主机，就犹如大海捞针。在IPv6的世界中，对IPv6网络进行类似IPv4的按照IP地址段进行网络侦察是不可能了。
所以，在IPv6的世界里，病毒、互联网蠕虫的传播将变得非常困难。但是，基于应用层的病毒和互联网蠕虫是一定会存在的，电子邮件的病毒还是会继续传播。此外，还需要注意IPv6网络中的关键主机的安全。IPv6中的组发地址定义方式给攻击者带来了一些机会。例如，IPv6地址FF05::3是所有的DHCP服务器，就是说，如果向这个地址发布一个IPv6报文，这个报文可以到达网络中所有的DHCP服务器，所以可能会出现一些专门攻击这些服务器的拒绝服务攻击。
以下这些网络攻击技术，不管是在IPv4还是在IPv6的网络中都存在，需要引起高度的重视：报文侦听，虽然IPv6提供了IPSEC最为保护报文的工具，但由于公匙和密匙的问题，在没有配置IPsec的情况下，偷看IPv6的报文仍然是可能的；应用层的攻击，显而易见，任何针对应用层，如WEB服务器，数据库服务器等的攻击都将仍然有效；中间人攻击，虽然IPv6提供了IPsec，还是有可能会遭到中间人的攻击，所以应尽量使用正常的模式来交换密匙；洪水攻击，不论在IPv4还是在IPv6的网络中，向被攻击的主机发布大量的网络流量的攻击将是会一直存在的，虽然在IPv6中，追溯攻击的源头要比在IPv4中容易一些。
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