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(guān)鍵的Flag
? 四. 流程示意圖
? 五. 測試獲得IP效果
? 六. 應(yīng)用場景（選擇無狀態(tài)還是有狀態(tài)）
? 七. 后續(xù)內(nèi)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(jù)算法，又分為
? eui64：根據(jù)mac地址換算而來
? stable_secret：跟隨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化而變化，處于固定網(wǎng)絡(luò)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(jù)獲取方式，又分為
? 無狀態(tài)（Stateless）：根據(jù)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(shù)（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(shù)（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(shù)
? 有狀態(tài)：可控、可管理。在網(wǎng)絡(luò)中存在一個IP地址管理者，它能夠識別客戶端，根據(jù)不同的客戶端，分配對應(yīng)的IPv6地址，客戶端與服務(wù)端之間需要維護IP地址的租期及續(xù)約。目前實現(xiàn)這種效果的，就是DHCPv6協(xié)議，IP地址管理者就是DHCPv6 Server
? 無狀態(tài)：不可控、難管理。在網(wǎng)絡(luò)中只有網(wǎng)關(guān)，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(jù)網(wǎng)關(guān)發(fā)送的相同的RA報文內(nèi)容，自行配置IPv6地址
三. RA報文中3個關(guān)鍵的Flag
RA報文中存在3個關(guān)鍵的flag bit：
? 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(yīng)bit位為1）：表示客戶端應(yīng)當(dāng)在該prefix范圍內(nèi)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(wǎng)路由條目、網(wǎng)關(guān)
? 為off時（對應(yīng)bit位為0）：表示客戶端不應(yīng)當(dāng)在該prefix范圍內(nèi)自動生成IPv6地址，但是可以配置子網(wǎng)路由條目、網(wǎng)關(guān)
? 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(shù)，一個RA報文只有一個M flag
? 為on時（對應(yīng)bit位為1）：表示在stateless流程結(jié)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(shù)（如DNS列表）
? 為off時（對應(yīng)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(shù)（如DNS列表）。O flag也是RA報文中的全局參數(shù)，一個RA報文只有一個O flag。注意：僅當(dāng)M flag為off時，該參數(shù)才會被讀取。
? 為on時（對應(yīng)bit位為1）：當(dāng)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(shù)
? 為off時（對應(yīng)bit位為0）：當(dāng)M flag為on時，依然將通過DHCPv6獲得其他參數(shù)；當(dāng)M flag也為off時，將不通過DHCPv6獲得其他參數(shù)
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(wǎng)卡上可以同時出現(xiàn)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。
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(shù)，其中Stateful階段中存在Stateful DHCPv6或Stateless DHCPv6
注意：部分客戶端操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)管理器當(dāng)Stateless階段沒有收到RA報文后，就到此結(jié)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(tǒng)默認的網(wǎng)絡(luò)管理方式）進行測試
? 網(wǎng)關(guān)會發(fā)送RA報文，包含一個prefix
? DHCPv6 Server會分配IP、DNS
測試內(nèi)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(wǎng)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(jié)果：
六. 應(yīng)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(guān)鍵看應(yīng)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(wù)端領(lǐng)域：如對外提供服務(wù)，通常需要采用有狀態(tài)IP。因為業(yè)務(wù)IP的突然變化容易導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷（除非做好服務(wù)發(fā)現(xiàn)）
? 客戶端領(lǐng)域：如移動設(shè)備、辦公室內(nèi)PC機，只需要上IPv6互聯(lián)網(wǎng)，并不需要對外提供服務(wù)，可以采用無狀態(tài)IP
七. 后續(xù)內(nèi)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(guān)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(chǔ)/
