IPv6 default address selection in Java
Da bei IPv6 Nodes (also Rechner und andere Teilnehmer an einem Netzwerk) schon konzeptionell mehrere Adressen haben ist die Auswahl welche Quell- und Zieladresse verwendet werden soll eine wichtige Funktion. Insbesondere dann wenn ein Rechner im Dual-Stack Betrieb sowohl IPv4 als auch IPv6 Adressen erreichen kann.
Bei IPv6 kann jedes Netzwerkinterface mehrere IPv6 Adressen haben, die dann entweder in unterschiedlichen Bereichen (Scopes) genutzt werden können (localhost, link, site, global) oder die unterschiedliche Bevorzugt (valid, prefered) sind. Durch die Unterstützung von Renumbering (stateless autoconfiguration) haben Adressen unterschiedliche Lebenszeiten. Zudem gibt es Adressen die über eine Migrations-/Tunnel Technologie wie Toredo, ISATAP oder 6to4 bereitgestellt werden, und nicht immer benutzt werden sollen.
Idealerweise würde eine Anwendung oder das Betriebssystem alle möglichen Quell/Ziel-Adresskombinationen ermitteln, und alle (aussichtsreichsten zuerst) durchprobieren. RFC 3484 beschreibt ein Verfahren für die Default Address Selection für IPv6. Der von Microsoft Research verfasste Entwurf gibt Regeln vor wie die Auswahl von Ziel- und Quelladressen zu geschehen hat, und definiert auch eine Möglichkeit dass der Administrator eines Systems eigene Gewichtungen definieren kann.
Ideal wäre eine Laufzeit Funktion, der man einen Hostnamen übergibt, und die dann die Verbindung zur Gegenstelle herstellt und dabei alle Regeln des RFC 3484 (und dringend notwendiger zukünftiger Verbesserungen) beachtet. Durch die Trennung zwischen Kernel und Usermode, und aus Gründen der Kompatibilität mit existierendem Netzwerkcode verwenden die meisten* Systeme allerdings ein anderes Verfahren. Bestehende Funktionen wie z.B.
getaddrinfo(3) wurden erweitert: die Auflösung von Hostnamen in Adressen liefert jetzt eine nach Präferenzen sortierte Liste der Zieladressen zurück. Dabei greift die Bibliotheksfunktion auf Adress- und Routinginformationen des Kernels zurück. Denn es müssen für jede zurückgelieferte Zieladresse auch die potentiellen Quelladressen bestimmt und bewertet werden.
Unter Windows kann die Sortierung mit der prefixpolicy (netsh.exe interface ipv6 show prefixpolicies) angezeigt werden. Linux Systeme speichern die Konfiguration in /etc/gai.conf, aktuelle Einstellungen können mit dem iproute2 Paket angesehen werden (ip addrlabel). Das ganze ist im Kernel und der glibc implementiert.
Auch bei Java wurde kein komplett neues Verfahren für den Verbindungsaufbau für IPv6 definiert**. Die Anwendung selbst ist dafür zuständig alle möglichen Zieladressen der Reihe nach durchzuprobieren. Wenn die Anwendung keine Quelladresse angibt (was sie vermeiden sollte) so wird dann der Kernel für jeden der Zieladressen eine Quelladresse auswählen. Wenn eine Adresse nicht erreichbar ist, so muss die nächste Adresse verwendet werden. Wenn alle Adressen nicht erreichbar sind, so sollte eine Fehlermeldung zurückgegeben werden die alle probierten Zieladressen benennt und den ersten (oder alle) Fehlermeldungen benennt.
Beispielhaft kann dies so aussehen:
Socket connectToHost(String host, int port)
throws UnknownHostException, SocketException
{
IOException firstException = null;
InetAddress[] addressArray = InetAddress.getAllByName(host);
for(InetAddress addr : addressArray)
{
try {
return new Socket(addr, port);
} catch (IOException ex) {
if (firstException == null)
firstException = ex;
}
}
// build informative error message
StringBuilder msg = new StringBuilder("Unable to connect to host=");
msg.append(host); msg.append(" port=");
msg.append(String.valueOf(port)); msg.append(" [");
for(int i=0;i < addressArray.length;i++)
{
if (i != 0)
msg.append(',');
msg.append(addressArray[i]);
}
msg.append("]: "); msg.append(firstException.getMessage());
SocketException se = new SocketException(msg.toString());
se.initCause(firstException);
throw se;
}
Dieser Code überlässt die Auswahl einer Quelle dem Kernel (es werden also nicht alle möglichen Kombinationen durchprobiert). Ebenso ist kein Handling für Timeouts enthalten, und ein Cache der Verbindungszustände erinnert oder gar ein paralleler Aufbau zu mehreren Zielen ist noch nicht enthalten. Trotzdem ist der Code schon recht komplex, sollte also nicht mehrfach implementiert werden müssen.
Von InetAddress.getByName(String host) würde ich auf jeden Fall Abstand nehmen. Diese Methode gibt nur die bevorzugte Addresse zurück, und führt bei DualStack Anwendungen dazu, dass nicht IPv6 und IPv4 Adressen durchprobiert werden.
* Microsoft ist typischerweise Entwicklerfreundlicher und muss weniger Rücksicht nehmen auf etablierte APIs, deswegen gibt es die Funktion WSAConnectByName() die alle Addressen selbst durchprobiert.
** Java kennt Socket(String name, int port), dieser Konstruktor verwendet aber keine Schleife um alle möglichen Adressen zu kontaktieren.