IPv4 开始收费！新的 IT 灾难？
最近一段时间，新闻头条总会时不时提起 IP 地址。AWS 宣布要对每个 IPv4 地址每小时收费 0.005 美元，其他云服务商也纷纷行动，宣称要对公共 IPv4 这种“奢侈品”开价。Google Cloud Platform 开出的价格是 0.004 美元，跟 Azure 和 Hetzner 的每小时 0.001 欧元基本相当。很明显，云服务商自己掏钱购买 IPv4 地址空间的时代即将结束。随着时间推移，当这些地址越来越有价值，想要免费使用自然也就不可能了。
面对这样的压力，我们当然应该赶快切换到 IPv6。其实我第一次听说 IPv6 这东西，是在高中的第一堂思科技术课上。而现在我已经 36 岁了，大家可以想象当时老师说的“即将到来”究竟来得有多慢。到目前为止，我在 IPv6 方面还没做过多少实际工作，毕竟市场对此类技能的需求实在不旺。而且从业经历也还算丰富的我可以证明，没有任何一家雇主会认真强调 IPv6 方面的技能需求。所以我压根就没学，只能说很遗憾错过了这场网络领域的巨大变革和进步。
种一棵树最好的时间是十年前，其次是现在。学习 IPv6 当然也是如此，所以我打算试着把自己的博客迁移到 IPv6。我会继续把它放在 CDN 后面来处理 IPv4 流量，但无论如何，这个重要的历史时刻终于来临了！但我惊恐地发现，关于 IPv6 的一切几乎都没法开箱即用。主要依赖项会立即停止运行，而解决方案也很难称得上“生产就绪”。即使是人员充足的技术团队，在处理 IPv6 迁移过程时也是异常艰难，毕竟几乎没人在这方面的实践经验。我们多年来都忽略了这个问题，而现在是时候付出代价了。
当然有，但受篇幅所限，本文就不具体论述 IPv4 和 IPv6 的优劣了。网上这类文章很多，大家酌情参考。下面，我简要介绍一下为什么要转向 IPv6。
IPv6 数据包标头示例
地址空间
标头字段数量较少（仅占为 8 个，IPv4 上是 13 个）
处理速度更快：不再需要校验和，所以路由器不必对每个数据包进行重新计算。
路由速度更快：包含更多汇总路由和分层路由。（看不懂？没关系，汇总路由 = 将多个 IP 组合起来，这样就不需要处理所有地址，而仅仅只要根据地址开头部分的大致方向前进就行。路由也是如此，毕竟 IPv6 是我们唯一能够使用的小型、高效主干路由。）
QoS：Traffic Class 和 Flow Label 两个字段，让 QoS 更轻松。
自动寻址。允许 IPv6 主机在局域网上无需路由器或 DHCP 服务器即可实现连接。
可以使用 Authentication 标头和封装安全负载将 IPsec 添加至 IPv6。
最后，也是最重要的一点：IPv6 地址是免费的，但 IPv4 地址却要付钱。
其实具体设置过程非常简单。我配置了一台 Debian 设备并选择了“IPv6”，接下来第一个“惊喜”就出现了。这台设备没能获得 IPv6 地址。我只得到了一条 /64 地址，也就是 18,446,744,073,709,551,616。但好消息是，我的小型 ARM 服务器可以通过扩展，在所有公共地址上运行我之前工作过的每家公司的网络基础设施。
这看似有点浪费，但理解了 IPv6 的工作原理之后，大家会发现事实并非如此。因为 IPv6 比 IPv4 多得多，所以就算在网络上设置 1 万台主机也没问题。所以哪怕乍看上去有点浪费，保留所有 IPv6 空间也有其实际意义。所以，用不着考虑有多少地址被发送给了每台设备。
重要提示：控制住自己优化地址利用率的冲动。在跟经验丰富的网络专家交流时，我发现很多人都容易掉进优化地址的坑里。我们都花过很多时间考虑 IPv4 地址块里还剩多少空间，并围绕这个问题搞设计。但在 IPv6 中这个问题根本就不存在，/64 前缀就是我们应在接口上配置的最小前缀。
如果非要使用较小的前缀（有人确实尝试过），比如用 /68 或者 /96，可能会破坏无状态地址的自动配置。在心态上，我们应当将各个站点配置为 /48，这也是地区互联网注册管理机构在分配 IPv6 时的默认设定。而在设计网络组织时，则应考虑半字节边界——这可不是胡说八道，简单来讲，这就是一种让 IPv6 更易于阅读的形式。
假设我们要使用 2402:9400:10::/48，如果希望每台设备只使用 /64 作为平面网络结构，则可按如下方式进行划分：
而 /52 的情况也差不多。
这样，我们就能一目了然看到自己正在查看哪个子网。
好了，现在设备已经准备就绪，接下来做点常规服务器设置操作。
其实这个问题完全可以预见。我的工作或家庭 ISP 都不支持 IPv6，所以我才需要设置自己的服务器，但现在却完全不起作用。好吧，我只能附加一个 IPv4 地址，通过 SSH 登录，再设置 cloudflared 来运行隧道。想必系统会自行处理其中的转换工作。
但 Cloudflare 显然没考虑到这种用法。所以当我删除 IPv4 地址时，隧道意外崩溃了。默认情况下，cloudflared 实用程序使用的是 IPv4，我们需要单独编辑 systemd 服务文件以添加：-edge-ip-version 6。完成之后隧道才能正常启动，我也可以通过 SSH 顺利登录了。
现在我的小服务器已经开始运行，接下来该做具体设置了。我运行了自己的服务器设置脚本，但立马就报错了。它会尝试访问 history 的安装脚本，这是款很棒的 shell 历史记录实用程序，我在自己的所有计算设备上都会用它。它尝试从 GitHub 提取安装文件，但失败了。“这不对吧，GitHub 难道不支持 IPv6 吗？”
确实不支持。这简直让人心态爆炸，支撑整个互联网的软件发布服务居然不能兼容 IPv6……但也难怪，现在微软的心思全都放在人工智能身上，哪有功夫管你什么 GitHub 和 IPv6。最终，我选择使用 TransIP GitHub 代理，效果很好。现在我可以正常访问 GitHub 了。但随后 Python 也报错，显示 urllib.error.URLError:
接下来是一些基本操作。我想设置 Datadog 来监控这台服务器的运行，其实关注的指标并不多，只是一些历史负载数字。我转向 Datadog，登录并开始执行设置，但它立刻就崩溃了。我运行 curl -L https://s3.amazonaws.com/dd-agent/scripts/install_script_agent7.sh 来实现这个简单设置，而且人家 S3 已经支持 IPv6 了，这到底是哪出的错？
curl -v https://s3.amazonaws.com/dd-agent/scripts/install_script_agent7.sh* Trying [64:ff9b::34d9:8430]:443...* Trying 52.216.133.245:443...* Immediate connect fail for 52.216.133.245: Network is unreachable* Trying 54.231.138.48:443...* Immediate connect fail for 54.231.138.48: Network is unreachable* Trying 52.217.96.222:443...* Immediate connect fail for 52.217.96.222: Network is unreachable* Trying 52.216.152.62:443...* Immediate connect fail for 52.216.152.62: Network is unreachable* Trying 54.231.229.16:443...* Immediate connect fail for 54.231.229.16: Network is unreachable* Trying 52.216.210.200:443...* Immediate connect fail for 52.216.210.200: Network is unreachable* Trying 52.217.89.94:443...* Immediate connect fail for 52.217.89.94: Network is unreachable* Trying 52.216.205.173:443...* Immediate connect fail for 52.216.205.173: Network is unreachable问题不在 S3 或者我的服务器上，因为我可以正常使用 AWS 提供的 S3 存储桶连接测试。
curl -v http://s3.dualstack.us-west-2.amazonaws.com/* Trying [2600:1fa0:40bf:a809:345c:d3f8::]:80...* Connected to s3.dualstack.us-west-2.amazonaws.com (2600:1fa0:40bf:a809:345c:d3f8::) port 80 (#0)> GET / HTTP/1.1> Host: s3.dualstack.us-west-2.amazonaws.com> User-Agent: curl/7.88.1> Accept: */*>< HTTP/1.1 307 Temporary Redirect< x-amz-id-2: r1WAG/NYpaggrPl3Oja4SG1CrcBZ+1RIpYKivAiIhiICtfwiItTgLfm6McPXXJpKWeM848YWvOQ=< x-amz-request-id: BPCVA8T6SZMTB3EF< Date: Tue, 01 Aug 2023 10:31:27 GMT< Location: https://aws.amazon.com/s3/< Server: AmazonS3< Content-Length: 0<* Connection #0 to host s3.dualstack.us-west-2.amazonaws.com left intact好吧，我打算通过 apt 手动进行设置。
0% [Connecting to apt.datadoghq.com (18.66.192.22)]他奶奶的……行，Datadog 你滚吧。到这个时候，我终于意识到纯使用 IPv6 根本没有前途。如果不上代理和技术补丁，那原本简单的几乎一切组件都会跟我闹别扭。所以接下来我会尽可能使用 IPv6，但同样辅以 IPv4。
为了从 IPv6 访问 IPv4 资源，我们需要借助 NAT64 服务。我最终用的是 https://nat64.net/。漂亮！所有问题几乎立刻消失，我能够正常访问各种资源了。我其实有点担心，毕竟这只是个业余项目，靠它来接入所有关键互联网资源到底行不行啊？但 IPv6 的兼容性问题实在太多，可行的选项又相当有限，所以我只能祈祷 NAT64 别耍流氓了。
我甚至惊讶于目前能够选择的方案居然如此有限。以下就是我能找到的最佳工具列表：
其中大多数工具似乎已经失效了。Dresel 链接无法工作，Trex 在测试中出现了问题，August Internet 彻底消失，大多数 Go5lab 测试设备离线。Tuxis 倒是可以工作，但在 2019 年推出之后似乎就没升级过。基本上，Kasper Dupont 似乎是互联网上唯一愿意继续支持 IPv6 的技术人。抱拳了，Kasper～
更直白地讲，Kasper 相当于是在用一臂之力支撑整个 IPv6 互联网。
到时这里，我对 Kasper 不禁心生好奇，并给他发邮件提了几个问题。这位老兄也热心给出了回复。
我：我发现公共 NAT64 服务非常有用，你为什么会一直坚持维护这个项目呢？
Kasper：我这么做，主要是想推动 Ipv6 继续发展。有那么几年，我打算在家里搭建纯 IPv6 网络，并发现 DNS64 加 NAT64 的实际表现相当出色。我想让更多人也能有机会用上。在发布第一个 NAT64 网关时，它只是推广 NAT64 扩展的概念验证项目。NAT64 就这样延续了下来，没有太多复杂的故事。
几个月前，我终于在家里用上了原生 IPv6。所以现在，我可以用更类似自己当初的方式帮助目标用户解决问题。
我：NAT64 几乎是互联网上仅存的少数此类免费公共服务之一。能不能聊聊你为什么坚持了下来，这服务的运行成本是多少，总之多跟我说说具体情况吧。
Kasper：这是款个人产品，所以我在不同的地方一共用到七家虚拟机托管服务商。有些是从 Hetzner 购买的，价格是每月 4.51 欧元：https://hetzner.cloud/?ref=fFum6YUDlpJz 其他虚拟机要贵一点，但贵得不多。
在这些虚拟机中，有 4 个用于 NAT64 服务，其他则用于别的 IPv6 过渡相关服务。比如我自己也在其中一个虚拟机上运行这项服务：http://v4-frontend.netiter.com/
我希望以后能跟托管商达成协议，提高服务容量并把它变成能赚钱的业务，这样我就可以全职从事 IPv6 相关工作了。但目前我仅仅是拿出点个人时间鼓捣。我的目标是让纯 IPv4 内容提供商以传输带宽成本的方式支付这部分费用。
我：有没有愿意分享的其他技术细节呢？
Kasper：当然可以，只是这些技术细节可能有点复杂。
我觉得自己这项服务跟其他服务的主要区别，在于我的每个 DNS64 服务器都会自动根据所有网关的健康检查通过 NAT64 前缀进行更新。也就是说，任何单一 NAT64 网关的中断，基本都不会对用户体验造成影响。这对维护也有帮助。在我看来，这可能是 NAT64 服务在同类公共服务中获得认可的核心原因。
NAT64 服务的代码也完全由我自己开发而成，目前作为 Linux 上用户模式的守护进程。我正在考虑把大部分性能关键部分移植成内核模块。
好了，到这里我已经介绍完毕、网站也开始运行了。为了通过 IPv6 拉取 docker 容器，我们需要在镜像名称前添加 registry.ipv6.docker.com/library/ 。例如：image: mysql:8.0 会变成 image: registry.ipv6.docker.com/library/mysql:8.0
Docker 会警告说此设置尚未达到生产就绪状态。我不太确定 Docker 想提醒什么，毕竟如果它停止运行，拉取操作照常执行也就可以了吧？
完成之后，我把自己这个网站设置为 AAA DNS 记录，并允许 Cloudflare 进行代理。也就是说，它们会处理 IPv6 的广告并将流量引向这里。我还做了另一项修改：之前我使用的是 Caddy Web 服务器，但因为现在大部分流量都转移到了 Cloudflare 这边来，所以我决定改用 Nginx。毕竟当主要流量都来自 Cloudflare，那自然得相应调整 SSL 的工作方式。
现在，我已经把 Cloudflare 的原始证书硬加载到了 Nginx 当中，同时设置了经过身份验证的源拉取，这样就可以确定所有流量均通过 Cloudflare 运行。该证书的签名有效期为 15 年，所以我可以放心把它保留在自己的 secret 管理系统当中、不再分心打理。好了，现在我的网站已经重新上线并正常运行。是的，你眼前看到的这篇内容，就是系统能够顺畅工作的最好证明。
我的容器仍无法与 IPv4 资源通信，就算位于具有 IPv6 网桥的 IPv6 网络上也不行。DNS64 解析能正常工作，而且我已经把 fixed-cidr-v6 添加到了 Docker 当中。我可以跟 IPv6 资源正常通信，但 NAT64 转换过程却不起作用。之后我会继续研究可行的办法。
有些朋友可能想 ping 一下试试，但我在添加 NAT 时用到了 ip6tables。
SMTP 服务器问题。我还没找到拥有 AAAA 记录的商用 SMTP 服务。Mailgun 和 SES 都不行，我试过的其他一些小服务也宣告失败。即使 Fastmail 也帮不上忙。
这里咱们先不扯地址不够用之类的闲话。如果能早一点尝试推广 IPv6，那我们的网络基础设施建设方式可能将完全不同。企业之所以经常用到负载均衡器和隧道等技术，并不是真的有什么硬性功能需求，而是希望在私有 IP 范围和公共 IP 地址之间做出某种逻辑划分，并将其保留在 DNS A 记录当中。
如果具体把负载均衡器拆开来看，它其实只负责两项工作。首先将传入的数据包分发到后端服务器上，之后检查这些服务器的运行状态并将不健康的服务器从轮换中剔除。当然，现在很多人也在用负载均衡器处理 SSL 终止和指标等事务，但这些并不是负载均衡器设计上的必要功能。负载均衡有多种实现方式，最常见的包括：
连接请求轮询。
不同服务器的加权轮询。
最少连接原则，即连接数最少的服务器会收到更多请求。
加权最少连接，跟上一条类似，但也可以设置更多倾向性。
大家应该注意到了，跟公共 IP 地址相比，私有 IP 地址完全用不上这些功能。从计算角度看，将主机配置为仅接受某一个来源（负载均衡器）的流量只是更简单也相对更便宜。但出于这个目标，我们被迫在基础设施层面做出大量设计，例如 VPC、NAT 网关、公共子网和私有子网等等，其实这些原本都没必要、至少不用像现在这么重要。
更讽刺的是，IP 白名单目前是种并不完善的安全实践。它最大的问题就是浪费时间，因为我们使用的都是云服务商所拥有的 IP 地址。但面向未来，IP 的名单的存在仍然意义重大，因为企业会随需求增加而自行购买 /44，包括从美国互联网号码注册机构（ARIN）、Réseaux IP Européens 欧洲网络协调中心（RIPE）或者亚太网络信息中心（APNIC）购买一组 IP。
这样，我们就永远不需要担心“谷歌会不会再多买点 IP 地址”或者“我得关注 GitHub 的支持页面，确保他们不会添加更多 IP 地址”。未来我们将拥有自己的 IP 地址块，在使用期限之内随意用于整个业务体系。容器系统不需要在每个主机上分配内部 IP 地址，因为有公共 IP 地址块可供使用，需要时还能通过标准公共 DNS 轻松发布通告。
当然，我不是说专用网络不好。我的意思是，我们采用的很多网络设计并非出于硬性需求，反而是被“绑架”的设计产物。我猜测未来的应用程序会更多对接开放互联网，而不再完全依赖于私有 VPC 的安全保障。考虑到安全漏洞的基本原理，这样的设计可能更有益于整体安全。
所以，即使大家根本不关心成本和可用性问题，那让组织更多掌握网络功能的所有权和控制权，也必将带来可以量化的巨大价值。
总之，目前的情况实在糟糕。我们要么向云服务商付更多的钱，要么坐视自己的网络服务崩溃。希望那些不想付钱的朋友们能继续推动 IPv6 的普及，但遗憾的是我们居然花了这么多年才达到如今的水平。所有这些问题本来可以逐步解决，但在掌握资源的团队做出实际行动之前，很多朋友心里恐怕还是有个大大的问号。
我真心希望最终结果能更好一些，至少应该给那些希望永久掌握自己 IP 范围的小公司一点机会。而且随着 IPv6 逐步成为主流，也希望它的使用门槛能变得更低一些。反正目前的现状就是两个字：糟糕，出奇的糟糕。
如果你经营着一家小公司，又不想额外花钱使用 IP 地址，那当下唯一的办法就是多留点时间：各位将有无数问题需要解决。
期待看到大家的意见 / 更正 / 驳斥~
原文链接：
https://matduggan.com/ipv6-is-a-disaster-and-its-our-fault/
声明：本文为 InfoQ 翻译整理，未经许可禁止转载。
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