本文由朱益盛、楊暉、傅嘯分享，來自IBM Developer社區，原題“使用 Java 開發兼容 IPv6 的網絡應用程序”，本次收錄時有改動。

1、引言

前幾天，有個群友跟我討論用 MobileIMSDK?寫的IM服務端想支持IPv6的問題。因為眾所周之的原因，IPv4早就不夠用，現在國內從國家層面都在大力推廣IPv6的普及，所以包括事業單位、國企在內，現在搞信息化建議，都要考慮IPv6的支持。

我忽然感覺這個問題很難回答，因為對于普通的網絡通信程序開發者來說，目前真正的IPv6的開發和測試環境并不容易得到，所以想要真正說清楚Java對于IPv6地支持情況，只能借助零碎的資料和網貼，可能并不完整和準備。

理論上，Java對IPv6的支持對于程序員來說都是透明的，幾乎不需要代碼層面的處理。但它到底是怎么支持的？支持到什么程度？對JDK版本有什么要求？對操作系統有什么要求？等等，我認為還是有必要詳細研究了解一下。

本文將用通俗易懂的文字，來講解Java對IPv6的支持現狀，包括關的技術原理、可以使用的API、以及一些可以運行的演示代碼片段等，希望能讓你更直觀的了解Java對于IPv6的支持情況。

閱讀提示：限于篇幅，本文假設你已了解IPv6技術是什么，如您對它一無所知，建議先閱讀白話式入門文章：《一文讀懂什么是IPv6》。

2、推薦資料

3、技術背景

目前我們使用的是第二代互聯網 IPv4 技術，它的最大問題是網絡地址資源有限，從理論上講，可以編址 1600 萬個網絡、40 億臺主機。但采用 A、B、C 三類編址方式后，可用的網絡地址和主機地址的數目大打折扣，以至目前的 IP 地址近乎枯竭。網絡地址不足，嚴重地制約了全球互聯網的應用和發展。

一方面是地址資源數量的限制，另一方面是隨著電子技術及網絡技術的發展，計算機網絡將進入人們的日常生活，可能身邊的每一樣東西都需要連入全球因特網。在這種網絡空間匱乏的環境下，IPv6 應運而生。它的產生不但解決了網絡地址資源數量的問題，同時也為除電腦外的設備連入互聯網在數量限制上掃清了障礙。

如果說 IPv4 實現的只是人機對話，那么 IPv6 則擴展到任意事物之間的對話，它不僅可以為人類服務，還將服務于眾多硬件設備，如家用電器、傳感器、遠程照相機、汽車等，它將是無時不在，無處不在的深入社會每個角落的真正的寬帶網，它所帶來的經濟效益也將非常巨大。

當然，IPv6 并非十全十美、一勞永逸，不可能解決所有問題。IPv6 只能在發展中不斷完善，也不可能在一夜之間發生，過渡需要時間和成本，但從長遠看，IPv6 有利于互聯網的持續和長久發展。目前，國際互聯網組織已經決定成立兩個專門工作組，制定相應的國際標準。

4、Java 對 IPv6 的支持

隨著 IPv6 越來越受到業界的重視，Java 從 1.4 版開始支持 Linux 和 Solaris 平臺上的 IPv6。1.5 版起又加入了 Windows 平臺上的支持。

相對于 C++，Java 很好得封裝了 IPv4 和 IPv6 的變化部分，遺留代碼都可以原生支持 IPv6，而不用隨底層具體實現的變化而變化。

那么 Java 是如何來支持 IPv6 的呢？

Java 網絡棧會優先檢查底層系統是否支持 IPv6，以及采用的何種 IP 棧系統。如果是雙棧系統，那它直接創建一個 IPv6 套接字(如圖 1)。

圖 1 - 雙棧結構：

對于分隔棧系統，Java 則創建 IPv4/v6 兩個套接字(如圖 2)：

1)如果是 TCP 客戶端程序：一旦其中某個套接字連接成功，另一個套接字就會被關閉，這個套接字連接使用的 IP 協議類型也就此被固定下來；

2)如果是 TCP 服務器端程序：因為無法預期客戶端使用的 IP 協議，所以 IPv4/v6 兩個套接字會被一直保留；

3)對于 UDP 應用程序：無論是客戶端還是服務器端程序，兩個套接字都會保留來完成通信。

圖 2 - 分隔棧結構：

5、如何驗證 IPv6 地址

5.1 IPv6 地址表示

從 IPv4 到 IPv6 最顯著的變化就是網絡地址的長度，IPv6 地址為 128 位長度，一般采用 32 個十六進制數，但通常寫做 8 組每組 4 個十六進制的形式。

IPv6地址組成如下圖所示：

例如：

1)2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344?是一個合法的 IPv6 地址。如果四個數字都是零，則可以被省略；

2)2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344?等同于 2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344。

遵從這些規則，如果因為省略而出現了兩個以上的冒號的話，可以壓縮為一個，但這種零壓縮在地址中只能出現一次。

因此：

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab

2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab

2001:0DB8:0::0:1428:57ab

2001:0DB8::1428:57ab

都是合法的地址，并且他們是等價的。但?2001::25de::cade?是非法的(因為這樣會使得搞不清楚每個壓縮中有幾個全零的分組)。同時前導的零可以省略，因此：2001:0DB8:02de::0e13?等于?2001: DB8:2de::e13。

5.2 IPv6 地址校驗

IPv4 地址可以很容易的轉化為 IPv6 格式。

舉例來說：如果 IPv4 的一個地址為?135.75.43.52(十六進制為?0x874B2B34)，它可以被轉化為?0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34?或者：:874B:2B34。同時，還可以使用混合符號(IPv4- compatible address)，則地址可以為：:135.75.43.52。

在 IPv6 的環境下開發 Java 應用，或者移植已有的 IPv4 環境下開發的 Java 應用到 IPv6 環境中來，對于 IPv6 網絡地址的驗證是必須的步驟，尤其是對那些提供了 UI(用戶接口)的 Java 應用。

所幸的是：從 Java 1.5 開始，Java就增加了對 IPv6 網絡地址校驗的支持。程序員可以通過簡單地調用方法?sun.net.util.IPAddressUtil.isIPv6LiteralAddress()來驗證一個 String 類型的輸入是否是一個合法的 IPv6 網絡地址。

為了更深入一步地了解 IPv6 的網絡地址規范，及其驗證算法，筆者參閱了一些材料，包括上文所述的方法?sun.net.util.IPAddressUtil.isIPv6LiteralAddress()?的源代碼，以及目前網絡上流傳的一些 IPv6 網絡地址的正則表達式，發現：

1)由于 IPv6 協議所允許的網絡地址格式較多，規范較寬松(例如零壓縮地址，IPv4 映射地址等)，所以導致了 IPv6 網絡地址的格式變化很大；

2)Java 對于 IPv6 網絡地址的驗證是通過對輸入字符的循環匹配做到的，并沒有采取正則表達式的做法。其匹配過程中還依賴于其它的 Java 方法；

3)目前網絡上流傳的 IPv6 網絡地址驗證的正則表達式通常都只能涵蓋部分地址格式，而且表達式冗長難讀，非常不易于理解。

基于通用性考慮，以及為了使驗證方法盡量簡單易讀，筆者嘗試將 IPv6 網絡地址的格式簡單分類以后，使用多個正則表達式進行驗證。

這種做法兼顧了通用性(基于正則表達式，所以方便用各種不同的編程語言進行實現)，以及易讀性(每個獨立的正則表達式相對簡短)；并且根據測試，支持目前所有的 IPv6 網絡地址格式類型，尚未發現例外。

以下是筆者用 Java 編寫的對于 IPv6 網絡地址的驗證方法。此算法可被簡單地用其它編程語言仿照重寫。

演示代碼1 - 驗證地址：

//IPv6 address validator matches these IPv6 formats

//::ffff:21:7.8.9.221 | 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

//| ::8a2e:0:0370:7344 | 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:100.22.44.55

//| 2001:0db8::8a2e:100.22.44.55 | ::100.22.44.55 | ffff::

//And such addresses are invalid

//::8a2e:0:0370:7344.4 | 2001:idb8::111:7.8.9.111 | 2001::100.a2.44.55

//| :2001::100.22.44.55

public static boolean isIPV6Format(String ip) {

ip = ip.trim();

//in many cases such as URLs, IPv6 addresses are wrapped by []

if(ip.substring(0, 1).equals("[") && ip.substring(ip.length()-1).equals("]"))

ip = ip.substring(1, ip.length()-1);

return(1< Pattern.compile(":").split(ip).length)

//a valid IPv6 address should contains no less than 1,

//and no more than 7 ":” as separators

&& (Pattern.compile(":").split(ip).length <= 8)

//the address can be compressed, but "::” can appear only once

&& (Pattern.compile("::").split(ip).length <= 2)

//if a compressed address

&& (Pattern.compile("::").split(ip).length == 2)

//if starts with "::” – leading zeros are compressed

? (((ip.substring(0, 2).equals("::"))

? Pattern.matches("^::([\\da-f]{1,4}(:)){0,4}(([\\da-f]{1,4}(:)[\\da-f]{1,4})

|([\\da-f]{1,4})|((\\d{1,3}.){3}\\d{1,3}))", ip)

: Pattern.matches("^([\\da-f]{1,4}(:|::)){1,5}

(([\\da-f]{1,4}(:|::)[\\da-f]{1,4})|([\\da-f]{1,4})

|((\\d{1,3}.){3}\\d{1,3}))", ip)))

//if ends with "::" - ending zeros are compressed

: ((ip.substring(ip.length()-2).equals("::"))

? Pattern.matches("^([\\da-f]{1,4}(:|::)){1,7}", ip)

: Pattern.matches("^([\\da-f]{1,4}:){6}(([\\da-f]{1,4}

:[\\da-f]{1,4})|((\\d{1,3}.){3}\\d{1,3}))", ip));

}}

6、如何正規化 IPv6 地址

在網絡程序開發中，經常使用 IP 地址來標識一個主機，例如記錄終端用戶的訪問記錄等。由于 IPv6 具有有零壓縮地址等多種表示形式，因此直接使用 IPv6 地址作為標示符，可能會帶來一些問題。

為了避免這些問題，在使用 IPv6 地址之前，有必要將其正規化。

除了通過我們熟知的正則表達式，筆者在開發過程中發現使用一個簡單的 Java API 也可以達到相同的效果。

演示代碼2 - 正規化地址：

InetAddress inetAddr = InetAddress.getByName(ipAddr);

ipAddr = inetAddr.getHostAddress();

System.out.println(ipAddr);

InetAddress.getByName(String) 方法接受的參數既可以是一個主機名，也可以是一個 IP 地址字符串。

我們輸入任一信息的合法 IPv6 地址，再通過?getHostAddress()?方法取出主機 IP 時，地址字符串 ipAddr 已經被轉換為完整形式。

例如輸入?2002:97b:e7aa::97b:e7aa?，上述代碼執行過后，零壓縮部分將被還原，ipAddr 變為?2002:97b:e7aa:0:0:0:97b:e7aa?。

7、如何獲取本機 IPv6 地址

有時為了能夠注冊 listener，開發人員需要使用本機的 IPv6 地址，這一地址不能簡單得通過?InetAddress.getLocalhost()?獲得。因為這樣有可能獲得諸如0:0:0:0:0:0:0:1?這樣的特殊地址。使用這樣的地址，其他服務器將無法把通知發送到本機上，因此必須先進行過濾，選出確實可用的地址。以下代碼實現了這一功能，思路是遍歷網絡接口的各個地址，直至找到符合要求的地址。

演示代碼3 - 獲取本機 IP 地址：

public static String getLocalIPv6Address() throws IOException {

InetAddress inetAddress = null;

Enumeration networkInterfaces = NetworkInterface

.getNetworkInterfaces();

outer:

while(networkInterfaces.hasMoreElements()) {

Enumeration inetAds = networkInterfaces.nextElement()

.getInetAddresses();

while(inetAds.hasMoreElements()) {

inetAddress = inetAds.nextElement();

//Check if it's ipv6 address and reserved address

if(inetAddress instanceofInet6Address

&& !isReservedAddr(inetAddress)) {

break outer;

}

}

}

String ipAddr = inetAddress.getHostAddress();

// Filter network card No

int index = ipAddr.indexOf('%');

if(index > 0) {

ipAddr = ipAddr.substring(0, index);

}

return ipAddr;

}

/**

* Check if it's "local address" or "link local address" or "loopbackaddress"

* @param ip address

* @return result

*/

private static boolean isReservedAddr(InetAddress inetAddr) {

if(inetAddr.isAnyLocalAddress() || inetAddr.isLinkLocalAddress()

|| inetAddr.isLoopbackAddress()) {

return true;

}

return false;

}

一般情況下這兩個子類并不會被使用到，但是當我們需要分別處理不同的 IP 協議時就非常有用，在這我們根據?Inet6Address?來篩選地址。

isReservedAddr()?方法過濾了本機特殊 IP 地址，包括”LocalAddress”，”LinkLocalAddress”和”LoopbackAddress”。讀者可根據自己的需要修改過濾標準。

另一個需要注意的地方是：在 windows 平臺上，取得的 IPv6 地址后面可能跟了一個百分號加數字。這里的數字是本機網絡適配器的編號。這個后綴并不是 IPv6 標準地址的一部分，可以去除。

8、IPv4/IPv6 雙環境下，網絡的選擇和測試

我們先看一下筆者所在的 IPv4/IPv6 開發測試環境及其配置方法。

筆者所處的 IPv4/IPv6 雙環境是一個典型的”6to4”雙棧網絡，其中存在著一個 IPv6 到 IPv4 的映射機制，即任意一個 IPv6 地址?2002:92a:8f7a:100:a:b:c:d?在路由時會被默認映射為 IPv4 地址?a.b.c.d，所以路由表只有一套。

在此環境內，IPv4 地址與 IPv6 地址的一一對應是人工保證的。如果一臺客戶機使用不匹配的 IPv4 和 IPv6 雙地址，或者同時使用 DHCPv4 和 DHCPv6(可能會導致 IPv4 地址和 IPv6 地址不匹配)，會導致 IPv6 的路由尋址失敗。

正因為如此，為了配置雙地址環境，我們一般使用 DHCPv4 來自動獲取 IPv4 地址，然后人工配置相對應的 IPv6 地址。

Windows 系統：

1)Windows 2000 及以下：不支持 IPv6

2)Windows 2003 和 Windows XP：使用 Windows 自帶的 netsh 命令行方式添加 IPv6 地址以及 DNS， 例如：C:>netsh interface ipv6 add address “Local Area Connection” 2002:92a:8f7a:100:10:13:1:2 和 C:>netsh interface ipv6 add dns “Local Area Connection” 2002:92a:8f7a:100:10::250

3)Windows 2008 和 Windows Vista：既可以使用 Windows 網絡屬性頁面進行配置，也可以使用類似 Windows 2003 和 Windows XP 的 netsh 命令行來配置

Linux 系統(以下是 IPv6 的臨時配置方法，即不修改配置文件，計算機重啟后配置失效)：

1)Redhat Linux：最簡單的方法是使用 ifconfig 命令行添加 IPv6 地址，例如：ifconfig eth0 inet6 add 2002:92a:8f7a:100:10:14:24:106/96；

2)SUSE Linux：同上。

從實踐上講：由于 Java 的面向對象特性，以及java.net?包對于 IP 地址的良好封裝，從而使得將 Java 應用從 IPv4 環境移植到 IPv4/IPv6 雙環境，或者純 IPv6 環境變得異常簡單。通常我們需要做的僅是檢查代碼并移除明碼編寫的 IPv4 地址，用主機名來替代則可。

除此以外：對于一些特殊的需求，Java 還提供了?InetAddress?的兩個擴展類以供使用：Inet4Address?和?Inet6Address，其中封裝了對于 IPv4 和 IPv6 的特殊屬性和行為。

然而由于 Java 的多態特性，使得程序員一般只需要使用父類?InetAddress，Java 虛擬機可以根據所封裝的 IP 地址類型的不同，在運行時選擇正確的行為邏輯。所以在多數情況下，程序員并不需要精確控制所使用的類型及其行為，一切交給 Java 虛擬機即可。

具體的新增類型及其新增方法，請具體參閱Java的API文檔。

另外：在 IPv4/IPv6 雙環境中，對于使用 Java 開發的網絡應用，比較值得注意的是以下兩個 IPv6 相關的 Java 虛擬機系統屬性。

java.net.preferIPv4Stack=

java.net.preferIPv6Addresses=

preferIPv4Stack(默認 false)表示如果存在 IPv4 和 IPv6 雙棧，Java 程序是否優先使用 IPv4 套接字。默認值是優先使用 IPv6 套接字，因為 IPv6 套接字可以與對應的 IPv4 或 IPv6 主機進行對話；相反如果優先使用 IPv4，則只不能與 IPv6 主機進行通信。

preferIPv6Addresses(默認 false)表示在查詢本地或遠端 IP 地址時，如果存在 IPv4 和 IPv6 雙地址，Java 程序是否優先返回 IPv6 地址。Java 默認返回 IPv4 地址主要是為了向后兼容，以支持舊有的 IPv4 驗證邏輯，以及舊有的僅支持 IPv4 地址的服務。

9、寫在最后

本文對 IPv6 地址做了一些基本的介紹，著重介紹了如何使用 Java 開發兼容 IPv6 的網絡應用程序，包括如何驗證 IPv6 地址，如何正規化 IPv6 地址的表示，如何獲取本機 IPv6 的地址，以及在 IPv4/IPv6 雙地址環境下的網絡選擇和測試。

同時作者結合在日常工作中使用的 Java 代碼片段，希望呈現給讀者一個全方位的、具有較強實用性的文本介紹，也希望本文能給讀者在以后使用 Java 開發 IPv6 兼容程序的過程中帶來一些幫助。

10、參考資料

附錄：相關文章

本文已同步發布于“即時通訊技術圈”公眾號。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java ipv6校验_Java对IPv6的支持详解：支持情况、相关API、演示代码等的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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