IPV6基础 二

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一、 ipv6拿地址过程 (RS/RA 无状态拿ipv6地址，NS/NA获取邻居的mac地址)

1.核心角色介绍

RS ：路由器请求报文

由主机在启动时发送，主动询问链路上是否有路由器。

RA ：路由器通告报文

由路由器周期性发送或响应RS而发送，是IPv6自动配置的"总指挥"。它携带的关键信息包括：

• 前缀信息（Prefix）

• 前缀的有效/优选生命周期

• M标志位 ：管理地址配置标志。M=1 表示主机应使用有状态DHCPv6 获取地址。M=0,表示无状态获取地址。

• O标志位 ：其他配置标志。O=1 表示主机应使用DHCPv6获取其他信息（如DNS服务器）。

• 默认路由（路由器自身的链路本地地址）。

NS ：邻居请求报文

用于邻居发现，相当于IPv4的ARP。

功能包括：

• 地址解析：已知目标IP，询问其MAC地址。（"谁是FE80::1？请告诉你的MAC。"）

• 重复地址检测（DAD）：主机在给自己配置一个地址前，先询问这个地址是否已被占用。（"有人用2001:db8::1吗？我要用。"）

NA ：邻居通告报文

响应NS，或主动宣告。用于回答"我就是那个地址，我的MAC是..."。

1）无状态获取ipv6地址

RS:

RA:

2）获取邻居的mac地址

NS:

NA:

2.下挂设备获取IPv6地址的完整过程

假设你的电脑刚连接到家庭路由器的局域网。

2.1 阶段一：获取链路本地地址（Link-Local Address）

电脑开机，启用IPv6网络接口。根据 EUI-64 或 随机生成 的方式，自动生成一个链路本地地址 （格式为 FE80::/10）。

2.关键步骤：重复地址检测

• 电脑发送一个 NS 报文，目标地址就是这个新生成的链路本地地址，询问是否有人使用。

• 如果收到 NA 回应，说明地址冲突，则重新生成并再次检测。

• 如果一段时间内没有收到NA，则认为地址唯一，正式配置给网卡。此时，主机已具备在本地链路通信的能力。

2.2 阶段二：发现网络路由器，获取全局/唯一本地地址

1. 主动询问（或等待通告）

   1. 主动方式 ：电脑立即向 ff02::2（所有路由器组播地址 ）发送一个 RS 报文，请求路由器现身。

   2. 被动方式 ：电脑也可以等待路由器周期性（如每200秒）发往 ff02::1（所有节点组播地址 ）的 RA 报文。

2. 路由器响应

   1. 网络中的路由器（家庭网关）收到RS后，会立即向 ff02::1 回复一个 RA 报文。

   2. RA报文中包含了网络前缀（例如 2001:db8:abcd::/64），以及关键的 M 和 O 标志位。

2.3 阶段三：根据RA标志位决定如何配置地址

这是最核心的决策点，由RA报文中的M和O位控制。

场景A：无状态地址自动配置（SLAAC） - M=0 （最常见）

• M=0 表示"无需有状态DHCPv6"。

• 主机直接使用RA报文中的前缀，结合自己的接口标识符（EUI-64或随机生成），合成一个或多个全局IPv6地址（例如 2001:db8:abcd::[接口标识符]）。

• 对这个新生成的全局地址，再次执行 重复地址检测 ：发送 NS ，若无 NA 回应，则正式启用。

• 如果 O=1，主机会额外发起 有状态DHCPv6 过程（见下文），但仅用于获取DNS等额外信息，不获取地址。

场景B：有状态DHCPv6 - M=1

• M=1 表示"必须使用有状态DHCPv6获取地址"。

• 主机忽略RA中的前缀来合成地址，但会记录RA中的默认路由。

• 主机启动 DHCPv6客户端 ，向 ff02::1:2（所有DHCPv6中继代理和服务器）发送 Solicit 报文，开始标准的 DHCPv6四步交换（Solicit, Advertise, Request, Reply）或两步交换（Solicit, Reply），从DHCPv6服务器获取一个或多个IPv6地址、DNS服务器等完整信息。

场景C：有/无状态结合 - M=0, O=1

• 这是目前推荐且广泛部署的模式。

• 主机通过 SLAAC （M=0）自动生成一个或多个地址（来自RA前缀）。

• 同时，因为 O=1，主机发起 DHCPv6 过程，仅用于获取 DNS 服务器、 NTP 服务器等其他网络配置信息。

2.4 阶段四：解析默认网关的MAC地址

• 无论通过哪种方式获得地址，主机都需要知道如何将数据包发给默认网关（路由器）。

• 主机查看RA报文，知道默认网关的IP地址（路由器的链路本地地址）。

• 主机发送 NS 报文，目标地址是路由器的链路本地地址，进行地址解析。

• 路由器回复 NA 报文，告知自己的MAC地址。

• 主机将 (路由器IP, 路由器MAC) 存入邻居缓存表。

3. 总结与流程图

四种报文在此过程中的作用总结：

• RS / RA ：网络层 配置 。是整个过程的开端和总指挥。负责发现路由器、下发前缀、告知主机采用何种地址配置方式（M/O位）。

• NS /NA ：链路层 发现 。是地址配置和通信的基础保障。在主机为自己配置任何地址（链路本地、全局）前，进行重复地址检测（DAD） ，防止冲突；在需要向网关或邻居发送数据时，进行地址解析，获取对方的MAC地址。

通过RS/RA和NS/NA完美配合，IPv6实现高效、可靠且功能丰富的即插即用网络接入。

4. 补充细节与现代网络实践

4.1 隐私扩展（Privacy Extensions, RFC 4941）

阶段一提到"随机生成" 接口 ID，在现代操作系统（Windows 10/11, macOS, Linux）中是默认行为。

• 原因 ：如果使用 EUI-64（基于 MAC 地址），由于 MAC 地址全球唯一，用户在网络中的行踪（设备指纹）可能被跨网络追踪。

• 现代行为：主机通常会生成两个全局 IPv6 地址：

  • 公共地址（Public Address）：用于对外提供服务（如作为服务器），可能基于 EUI-64 或稳定的随机数。

  • 临时地址（Temporary Address） ：用于主动发起连接（如浏览网页），接口 ID 是随机生成的，并且会定期（如每 24 小时）自动更换。一般数据通信（如浏览网页、看视频、下载文件）默认使用的是 "临时地址"。 --- 防止跨网跟踪

4.2 重复地址检测（DAD）的重要性

阶段一和阶段三都提到 DAD。

• 注意 ：在 IPv6 中，DAD 是强制性的。即使地址是由 DHCPv6 服务器分配的（场景 B），主机在正式使用该地址之前，也必须执行 DAD。

• 结果 ：如果 DAD 失败（收到NA），主机绝不能使用该地址。

4.3 关于 DNS 获取的补充（RDNSS 和 DNSSL）

阶段三的场景 C 中，你提到通过 DHCPv6 获取 DNS。但在现代网络中，还有一种更轻量级的方式：

• RDNSS (Recursive DNS Server) 和 DNSSL (DNS Search List) 选项可以直接包含在 RA （路由器通告） 报文中。

• 如果路由器支持并配置 RDNSS，主机甚至不需要发起 DHCPv6 请求，就能直接从 RA 报文中拿到 DNS 服务器地址。这使得纯 SLAAC 网络的配置更加零接触。

4.4 无状态 DHCPv6 (Stateless DHCPv6)

场景 C 通常被称为 "无状态 DHCPv6"。

区别 ：这里的 "无状态" 是指服务器不记录地址分配状态。服务器只提供配置参数（DNS、NTP、域名），不负责分配 IP 地址，也不关心哪个 IP 分给了谁。

5.数据包视角的全过程总结（Wireshark 视角）

假设我们处于场景 C（SLAAC + 无状态 DHCPv6 ），即家庭宽带最常见的模式，数据包交互顺序如下：

5.1 RS (Router Solicitation)

• 源：[我的链路本地地址] (或：：未指定地址)

• 目的：ff02::2 (所有路由器)

• 内容："我刚上线，谁是网关？"

5.2 RA (Router Advertisement)

• 源：[路由器链路本地地址]

• 目的：ff02::1 (所有节点)

• 内容："我是网关。前缀是 240e:xxx::/64。M=0, O=1。"

5.3 NS (Neighbor Solicitation) - DAD 检测

• 源：:: (未指定地址)

• 目的：ff02::1:ffxx:xxxx (被请求节点组播地址)

• 内容："有人在用 240e:xxx::1234 吗？"

5.4 Solicit ( DHCPv6 )

• 源：[我的链路本地地址]

• 目的：ff02::1:2 (所有 DHCPv6 服务器)

• 内容："我需要 DNS 服务器地址和其他配置。"

5.5 Advertise ( DHCPv6 )

• 源：[路由器的 DHCPv6 服务地址]

• 目的：[我的链路本地地址]

• 内容："我有配置信息给你。"

5.6 Request ( DHCPv6 )

• 源：[我的链路本地地址]

• 目的：ff02::1:2

• 内容："请把刚才的配置发给我。"

5.7 Reply ( DHCPv6 )

• 源：[路由器的 DHCPv6 服务地址]

• 目的：[我的链路本地地址]

• 内容："DNS 是 240e:xxx::1。"

5.8 NS (Neighbor Solicitation) - 网关 MAC 解析

• 源：[我的全局 IPv6 地址]

• 目的：[路由器链路本地地址的组播映射]

• 内容："网关，你的 MAC 是多少？"

5.9 NA (Neighbor Advertisement)

• 源：[路由器链路本地地址]

• 目的：[我的全局 IPv6 地址]

• 内容："我的 MAC 是 xx:xx:xx:xx:xx:xx。"

至此，电脑已具备完整的 IPv6 上网能力。

二、ipv6 prefix delegation 是通过ra报文，还是通过dhcpv6报文获取的？

IPv6 前缀委派（PD，Prefix Delegation）是通过 DHCPv6 报文获取的，而不是通过 RA 报文。

1. RA报文的局限性

• RA 报文 只能通告单个/64前缀给本地链路使用

• RA中的Prefix Information Option (PIO) 字段大小有限，通常用于主机自动配置地址

• RA主要用于本地链路的地址配置，不适合管理整个子网的前缀分配

2. DHCPv6-PD的工作方式

IPv6前缀委派使用DHCPv6 的扩展协议，具体过程如下：

具体报文交互：

1. Solicit ：客户端（如家庭网关/CPE）向 ff02::1:2 发送，请求前缀

2. Advertise：服务器（ISP设备）回复可用前缀信息

3. Request：客户端选择并请求特定前缀

4. Reply：服务器正式分配前缀（通常是/56或/48前缀）

3. 关键DHCPv6选项

• Option 25：身份关联（IA_PD） - 客户端用来请求前缀

• Option 26 ：IA_PD前缀选项 - 服务器分配的具体前缀信息

• Option 3：服务器标识符

4. 实际部署中的典型场景

5. 为什么需要DHCPv6-PD？

分层管理：ISP可以集中管理前缀分配

灵活性：可以分配不同长度的前缀（/48, /56, /60等）

可扩展性：支持多级委派（ISP→运营商→企业→部门）

策略控制：可以基于客户端ID、位置等策略分配前缀

状态跟踪：DHCP服务器可以跟踪前缀分配状态和租期

6. 与RA的协同工作

虽然前缀委派通过DHCPv6完成，但RA仍然发挥作用：

客户端（ CPE ）通过 DHCPv6-PD获取前缀（ 如：2001:db8:1234::/48）

客户端在自己的LAN接口上配置子网 （如：2001:db8:1234:1::/64）

客户端向LAN内设备发送 RA ，通告这些子网前缀，LAN内设备通过SLAAC（基于RA） 配置自己的IPv6地址。

7. 报文格式示例

DHCPv6-PD请求（Solicit）包含：

总结：RA 用于主机地址自动配置，DHCPv6-PD用于路由器之间的前缀委派管理。两者配合，构建了层次化的 IPv6 地址分配体系。