IPv6地址分配

Question

我刚开始接触IPv6，所以在过去几天中我阅读了很多相关文献。不幸的是，我的一些问题在我的研究中没有得到解答。

我的目标是跟踪分配了哪些地址，并将其分配给哪个接口。根据我所了解的信息，有几种方式可以为一个接口获取 IPv6 地址，我在下面的子章节中列出了这些方式。我已经强调了我所发现的，同时在这些章节中提出了一些问题。如果有人能纠正我所学的内容，或者回答这些问题，请不吝赐教。如果有人知道我可以找到更多信息的地方，我也不介意自己进一步研究。

编辑：我发现前缀委派实际上并不会导致地址分配。它被 DHCP 服务器用于从另一个 DHCP 服务器获取要使用的前缀。

获取 IPv6 地址的方法如下：

1.基于状态的地址自动配置（SLAAC） 2.有状态 DHCPv6

SLAAC

SLAAC 用于在小型网络中为接口生成 IPv6 地址。它几乎不需要配置，基本工作原理如下：

1. 当接口上线时，客户端将使用其接口ID地址和链路本地前缀(FE80::/10)生成一个链路本地IPv6地址。
2. 为了验证该地址是否唯一，会向该地址发送邻居请求(NS)消息。如果有回复，则表示该地址正在使用中，不能使用。自动配置会被中止，需要手动进行配置。问题1a: 这里真的没有后备方案吗？

3. 假设在超时期限结束之前未收到回复，则假定该地址是唯一的，并将其分配为接口的链路本地地址。

   现在节点可以与此链路上的所有其他节点互联

4. 节点要么等待接收路由器通告(RA)，要么向所有路由器的组播组发送路由器请求(RS)消息。当路由器接收到RS消息时，它将用RA消息进行响应。该RA消息将包含一个前缀。

5. 节点将使用前缀和其接口ID生成全局单播地址。
6. 与创建链路本地地址时类似，节点将向该地址发送消息以确定其是否唯一。问题2: 这也是一个NS消息吗？如果有回复，则表示该地址已经在使用中，必须手动进行地址分配。问题1b: 再次确认，是否有任何自动恢复的方法？
7. 假设在超时期限结束之前没有收到回复，则将该地址分配为接口的全局IPv6地址。

问题3: 可以为接口获取多个地址。实际上，在上述过程结束时，单个接口将拥有2个地址 - 一个链路本地地址和一个全局单播地址。是否可以使用SLAAC获取此接口的其他地址？或者必须使用另一种方法(例如DHCPv6)？

有状态DHCPv6

节点可以使用上述步骤1-3获取链路本地地址。我认为这是可选的，它可以简单地在DHCP请求中使用::/128(未指定)作为其源地址，直到被分配地址为止。

获取地址的方法有两种：普通和快速提交。 普通方法需要4个消息交换（Solicit，Advertise，Request，Reply），而快速提交是一个2个消息交换（Solicit，Reply）。 当客户端在Solicit消息中使用Rapid-Commit选项请求时，将执行快速提交。它基本上与普通提交相同，并且因为对于我的使用没有影响，所以我现在会忽略它。

此外，消息可能通过中继代理。从中继发送到服务器的消息是RELAY_FORW消息，从服务器发送到中继的消息是RELAY_REPL消息。客户端与服务器之间的实际对话完全封装在一个OPTION_RELAY_MSG选项中。接下来，我只处理非中继消息。如果消息被中继，则可以轻松获取原始消息，然后以下内容仍然适用。

地址分配如下所示：

1. 客户端向“所有DHCP服务器和中继”多播地址发送Solicit消息。该消息用于发现本地链路上的DHCP服务器的标识。
2. DHCP服务器以Advertise消息响应本地多播地址。
3. 客户端直接向DHCP服务器发送Request消息，并在其中包含选项，指示它希望获得IP地址。问题4：根据我看到的PCAP文件，似乎仍将此消息发送到多播地址ff02::1:2。这不直接从收到Advertise的DHCP服务器发送是否有任何原因？
4. DHCP服务器使用包含IP地址的Reply进行响应。
5. 客户端应执行类似于SLAAC方法中步骤6的重复地址检测。
6. 节点将此地址分配给接口，并可以开始使用它。

这是分配地址的一般方法，但更具体地说，可以有3种方法来完成此操作：

1. 非临时地址分配（IA_NA）
2. 临时地址分配（IA_TA）
3. 前缀代理（PD）

所有三种方法都是通过在Request中包含一个选项来完成的，然后由服务器填充并在Reply中返回。对于前两种方法，将返回完整的IPv6地址，然后可以将其分配为接口的IP地址。对于第三个方法，将返回类似于SLAAC方法中的RA的前缀。然后使用该前缀与接口标识符创建完整的全局IPv6地址。

问题5：在我的pcap捕获中，我经常看到Solicit和Advertise也包含这些选项。在非快速情况下，由于Request和随后的Reply必须也包含该选项，因此这似乎是多余的。在Solicit中包含此选项的目的是什么？DHCP服务器在被请求之前在Advertise中创建IP地址（或前缀）的目的是什么？

问题6：RFC指出，可以包括多个IA_NA（或IA_TA）选项实例。我认为这意味着接口将具有多个地址。客户端是否只需在Request中包含多个选项实例即可获取多个地址？如果DHCP服务器可以提供一些但不是所有地址，会发生什么？整个Reply是否表明失败？还是会提供一些地址？

对于DHCPv6，可以使用Release消息释放正在使用的地址。客户端可以使用Decline消息拒绝由服务器在Reply中分配的地址，而不是使用该地址。

如果客户端未发送Release或Decline，则服务器将继续为客户端保留该地址，直到其过期。

问题7：如果客户端无法发送Release（或Decline）并重新启动，则会启动新的DHCP请求。DHCP服务器是否会返回旧地址？还是会认为这是请求额外IP地址并分配一个新地址？

我不确定由SLAAC或DHCP PD创建的地址如何释放（如果有）。也许这些地址的释放仅在内部完成，没有外部设备需要知道该事件。

正如我在开头所说，我的目标是跟踪所有当前有效的地址分配。我的计划是执行以下操作：

• 创建一个以地址为索引的映射，存储分配给其的客户端(DUID)。
• 收到 DHCPv6 请求、确认、更新、重新绑定 或带有 Rapid-Commit 的 扫描 的回复后，执行以下操作:
  • 提取 Client-DUID 选项
  • 对于每个 IA_NA 或 IA_TA
    • 对于每个 IA，设置 map[address]=Client-DUID
    • 存储地址的到期时间
• 当收到 拒绝 或 释放 的 回复 时，执行以下操作
  • 对于每个 IA_NA 或 IA_TA
    • 对于每个 IA，删除 map[address]
• 当地址过期时，它将从地图中删除

问题8: 如何检测 SLAAC 生成的地址或 DHCP PD 地址? 在消息中是否有可以用来重建完整 IP 地址的字段？我已经有了前缀，但接口 ID 是未知的。

这是否足以维护分配给客户端的 IP 地址列表？

- Trenin

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这是一个很长的问题 :). - thuovila

是的，我已经得到了一些答案并将进行更新。 - Trenin

这是一篇很长的文章，我会稍后完成它。虽然这是一个问题，但我从这篇文章中学到了很多。谢谢。我会研究并尝试回答一些问题。 - dspjm

DAD的一些实现细节在这里：http://criticalindirection.com/2015/06/30/ipv6_dad_floating_ips/。 - user31986

你可以在https://networkengineering.stackexchange.com上获得更好的答案。 - StockB

Answer 1

好的 - 所以我做了更多的研究，现在我有大部分答案了。

首先，更正一下。地址不是通过DHCP获取的PD。这是DHCP服务器获取用于其托管的DHCP客户端的网络前缀的方法。还有另一个DHCP服务器处理这些前缀的分配。因此，可以忽略使用PD来获取IP地址的方法。

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问题1a/b：这里真的没有备用吗？

答案：没有自动备用机制。可以实现一个，但它将是定制的。

问题2：这也是NS消息吗？

答案：是的

问题3：接口可能有多个地址。实际上，在上述过程结束时，单个接口将有两个地址 - 一个链路本地地址和一个全局单播地址。是否可以使用SLAAC为此接口获取其他地址？或必须使用另一种方法（例如DHCPv6）？

答案：可以使用SLAAC生成多个地址。客户端可以使用来自多个路由器的路由器通告，每个路由器可以广播多个前缀。主机可以使用每个前缀创建全局单播地址。

问题8（修改）：如何检测SLAAC生成的地址？消息中是否有某个字段可用于重新生成完整的IP地址？我已经有前缀，但接口ID未知。

答案：检测它们的唯一方法是侦听NS消息。由于这些消息是可选的，因此没有保证检测SLAAC生成的地址的方法。

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我仍然没有问题4-7的答案，但我现在不太担心它们。

谢谢！

- Trenin

Answer 2

获取IPv6地址的第三种方法是手动配置。

- bortzmeyer

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是的 - 我在我的帖子中提到了这一点，作为自动配置失败时的备份方法。我不关心那种情况，因为我的目标是跟踪IP地址分配情况。如果它们是静态分配的，那么分配也可以静态记录。 - Trenin