IPv6系列-詳解自動分配IPv6地址-創(chuàng)新互聯

IPv6系列-詳解自動分配IPv6地址

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深入研究自動分配IPv6地址的Stateless(無狀態(tài))與Stateful(有狀態(tài))方式

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目錄

? 一. Link-Local Address的生成方式
? 二. Global Address的生成方式
? 三. RA報文中3個關鍵的Flag
? 四. 流程示意圖
? 五. 測試獲得IP效果
? 六. 應用場景（選擇無狀態(tài)還是有狀態(tài)）
? 七. 后續(xù)內容
? 附. 參考文檔

一. Link-Local Address的生成方式

生成“鏈路本地地址”，有2種方式

? 手動配置
? 自動配置

其中“自動配置”根據算法，又分為

? eui64：根據mac地址換算而來
? stable_secret：跟隨網絡環(huán)境的變化而變化，處于固定網絡環(huán)境時其值將固定
? random：隨機生成

二. Global Address的生成方式

生成“全球單播地址”（或者“唯一本地地址”），有2種方式

? 手動配置
? 自動配置

其中“自動配置”根據獲取方式，又分為

? 無狀態(tài)（Stateless）：根據路由通告報文RA（Router Advertisement）包含的prefix前綴信息自動配置IPv6地址，組成方式是Prefix + (EUI64 or 隨機)。Stateless也可以稱為SLAAC（Stateless address autoconfiguration）
? 有狀態(tài)（Stateful）：通過DHCPv6方式獲得IPv6地址

其中“有狀態(tài)”又分為2種

? 有狀態(tài)DHCPv6（Stateful DHCPv6）：IPv6地址、其他參數（如DNS）均通過DHCPv6獲取
? 無狀態(tài)DHCPv6（Stateless DHCPv6）：IPv6地址依然通過路由通告RA方式生成，其他參數（如DNS）通過DHCPv6獲取

為了避免混淆，在此解釋下有狀態(tài)、無狀態(tài)到底是什么意思：首先，請明確一點，有狀態(tài)、無狀態(tài)僅針對于IPv6地址分配方式，并不包含其他參數

? 有狀態(tài)：可控、可管理。在網絡中存在一個IP地址管理者，它能夠識別客戶端，根據不同的客戶端，分配對應的IPv6地址，客戶端與服務端之間需要維護IP地址的租期及續(xù)約。目前實現這種效果的，就是DHCPv6協議，IP地址管理者就是DHCPv6 Server
? 無狀態(tài)：不可控、難管理。在網絡中只有網關，沒有IP地址管理者。因此無人去識別客戶端，每個客戶端根據網關發(fā)送的相同的RA報文內容，自行配置IPv6地址

三. RA報文中3個關鍵的Flag

RA報文中存在3個關鍵的flag bit：

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? Autonomous flag（簡稱A flag）：表示是否配置無狀態(tài)IP。在一個RA報文中，可存在多個prefix，比如2401::/64、2402::/64、2403::/64，每個prefix都可以獨立配置A flag

? 為on時（對應bit位為1）：表示客戶端應當在該prefix范圍內自動生成IPv6地址（客戶端通過DAD自行保證地址可用），并配置子網路由條目、網關
? 為off時（對應bit位為0）：表示客戶端不應當在該prefix范圍內自動生成IPv6地址，但是可以配置子網路由條目、網關

? Managed flag（簡稱M flag）：表示是否配置有狀態(tài)IP。M flag是RA報文的全局參數，一個RA報文只有一個M flag

? 為on時（對應bit位為1）：表示在stateless流程結束后開始stateful流程，也就是告訴客戶端可以通過DHCPv6來獲得IPv6地址和其他參數（如DNS列表）
? 為off時（對應bit位為0）：表示不通過DHCPv6來獲得IPv6地址。

? Other flag（簡稱O flag）：表示是否通過DHCPv6獲得除IP以外的其他參數（如DNS列表）。O flag也是RA報文中的全局參數，一個RA報文只有一個O flag。注意：僅當M flag為off時，該參數才會被讀取。

? 為on時（對應bit位為1）：當M flag為on，或者M flag為off且至少有一個A flag為on時，將通過DHCPv6獲得其他參數
? 為off時（對應bit位為0）：當M flag為on時，依然將通過DHCPv6獲得其他參數；當M flag也為off時，將不通過DHCPv6獲得其他參數

四. 流程示意圖

無狀態(tài)和有狀態(tài)并不是相互對立的，他們可以同時存在，也就是一張網卡上可以同時出現通過RA生成的IP以及通過DHCPv6獲得的IP。通過下面這張筆者繪制的流程圖可知曉其中奧秘。

IPv6系列-詳解自動分配IPv6地址

從圖中可以看到，順序為：

1?? Stateless自動配置“鏈路本地地址”
2?? Stateless自動配置“全球地址”（或“唯一本地地址”）
3?? Stateful自動配置“全球地址”（或“唯一本地地址”）和其他參數，其中Stateful階段中存在Stateful DHCPv6或Stateless DHCPv6

注意：部分客戶端操作系統或網絡管理器當Stateless階段沒有收到RA報文后，就到此結束，不會走Stateful階段，比如CentOS 7、Ubuntu 17的默認邏輯都是這樣，而windows server 2012就會繼續(xù)走Stateful階段。

五. 測試獲得IP效果

測試環(huán)境：客戶端基于CentOS 7+NetworkManager（即系統默認的網絡管理方式）進行測試

? 網關會發(fā)送RA報文，包含一個prefix
? DHCPv6 Server會分配IP、DNS

測試內容：測試M、O、A flag在所有排列組合的情況下

? 客戶端是否會通過RA報文配置無狀態(tài)IP
? 客戶端是否會通過RA報文配置prefix子網路由
? 客戶端是否會通過RA報文配置gateway
? 客戶端是否會通過DHCPv6獲得有狀態(tài)IP
? 客戶端是否會通過DHCPv6獲得DNS

測試結果：

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六. 應用場景（選擇無狀態(tài)還是有狀態(tài)）

何時采用無狀態(tài)、何時采用有狀態(tài)，關鍵看應用場景。核心在于是否需要控制IP地址，比如保持IP不變，如果需要控制，就采用有狀態(tài)；如果無需控制，就采用無狀態(tài)。

? 服務端領域：如對外提供服務，通常需要采用有狀態(tài)IP。因為業(yè)務IP的突然變化容易導致業(yè)務中斷（除非做好服務發(fā)現）
? 客戶端領域：如移動設備、辦公室內PC機，只需要上IPv6互聯網，并不需要對外提供服務，可以采用無狀態(tài)IP

七. 后續(xù)內容

由于篇幅有限，本文尚未貼出實驗的詳細配置。將會在《IPv6系列》后續(xù)文章里，貼出實驗的完整信息，包括RA、DHCPv6的配置，以及客戶端的配置，敬請關注。

附. 參考文檔

http://www.6deploy.eu/tutorials/080-6deploy_ipv6_autoconfiguration_mechs_v0_4.pdf
https://cshihong.github.io/2018/02/01/DHCPv6基礎/

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網頁標題：IPv6系列-詳解自動分配IPv6地址-創(chuàng)新互聯
文章路徑：http://bm7419.com/article28/dscsjp.html

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