ICT应用解决方案05-IPv6地址配置

1 IPv6地址配置方式

IPv6地址配置的方式可以分为静态配置和动态配置。其中，动态地址配置又可以分为无状态地址自动配置（Stateless Address Autoconfiguration,SLAAC）和有状态地址自动配置（Stateful Address Autoconfiguration)

1.1 IPv6地址自动配置的分类

除了链路本地地址(手动配置+EUI64)FE80: : /10、全球单播地址2000::/8、私有地址FC00:: /8、FD00: : /10

• 无状态地址自动配置
  • 不需要IPv6地址分配服务器保存和管理每个节点的状态信息的一种IPv6地址自动配置方式，称之为IPv6无状态地址自动配置。
  • 无状态地址自动配置方式基于NDP来实现(RA)
• 有状态地址自动配置
  • IPv6地址分配服务器必须保存每个节点的状态信息，并管理这些保存的信息，这种方式称之为IPv6有状态地址自动配置
  • 有状态地址自动配置基于DHCPv6（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6）来实现

2 IPv6地址无状态自动配置

2.1 IPv6地址无状态自动配置过程

1. PC1根据本地的接口ID自动生成链路本地地址。
2. PC1对该链路本地地址进行DAD检测(试验地址)，如果该地址无冲突则可启用，此时PC1具备IPv6连接能力。
3. PC1发送RS报文，尝试在链路上发现IPv6路由器。
4. R1发送RA报文（携带可用于无状态地址自动配置的IPv6地址前缀。路由器在没有收到RS报文时也能够主动发出RA报文）
5. PC1解析路由器发送的RA报文，获得IPv6地址前缀，使用该前缀加上本地的接口ID生成IPv6单播地址
6. PC1对生成的IPv6单播地址进行DAD检测，如果没有检测到冲突，则启用该地址

2.2 IPv6地址无状态自动配置示例

IPv6无状态地址配置通过交互RS和RA报文完成

2.3 RA报文中的字段

Flags

地址前缀信息(可选)

分配端的接口上配置no-antoconfig后, A置位为0, 所选地址前缀不参与分配, 命令如下:

int g0/0/0
	ipv6 enable
	ipv6 nd ra prefix 2001:: 64 94967295 967295 
	ipv6 nd ra prefix 3001:: 64 94967295 967295 no-autoconfig
	undo ipv6 nd ra halt

94967295为有效时间(s), 967295为优选时间(s), 3001:: 64地址池不参与自动分配

生存周期

试验地址, RA携带的时间:

• 优选时间: Preferred lifetime
  • 地址获取后可以正常通信
  • 地址可以主动和对方发起连接建立(如ping未知地址)
• 有效时间: Valid lifetime
  • 此时也可以正常通信. 但不能主动建立新的通信, 只能被动与建立好的连接进行通信
  • 主要用于无缝切换(漫游), 使得新地址替代旧地址, 此时会有新地址, 这种情况下老设备可以继续与旧地址进行通信,

3 DHCPv6

回顾DHCPv4: DHCP报文是承载于UDP上层的报文, 使用67和68端口

3.1 概述

DHCPv6针对IPv6编址方案设计，支持对客户端分配IPv6前缀、IPv6地址和其他网络配置参数，并记录这些信息，便于网络管理

DHCPv6又分为如下三种：

• DHCPv6有状态自动配置：DHCPv6服务器自动配置IPv6地址/前缀及其他网络配置参数（DNS、NIS、SNTP服务器地址等参数）。

• DHCPv6无状态自动配置：主机IPv6地址仍然通过路由通告方式自动生成，DHCPv6服务器只分配除IPv6地址以外的配置参数，包括DNS服务器等参数。

• DHCPv6 PD（Prefix Delegation，前缀代理）自动配置：下层网络路由器不需要再手工指定用户侧链路的IPv6地址前缀，它只需要向上层网络路由器提出前缀分配申请，上层网络路由器便可以分配合适的地址前缀给下层路由器，下层路由器把获得的前缀（前缀一般长度小于64）进一步自动细分成64位前缀长度的子网网段，把细分的地址前缀再通过路由通告(RA)至与IPv6主机直连的用户链路上，实现主机的地址自动配置，从而完成整个IPv6网络的层次化布局。

  如2001::1/64分配出2001::1/72

3.2 DHCPv6网络构成

DHCPv6基本协议架构中，主要包括以下三种角色

• DHCPv6 Clinet: DHCPv6客户端, 通过DHCP服务器进行报文交互，获取IPv6地址/前缀和其他网络配置参数，完成自身的网络配置
• DHCPv6 Server：DHCPv6服务器，负责处理来自客户端或中继的地址分配、地址续租、地址释放等请求，为客户端分配IPv6地址/前缀和其他网络配置参数
• DHCPv6 Relay: DHCPv6中继，负责转发来自客户端或服务器的DHCPv6报文, 协助DHCPv6客户端和DHCPv6服务器完成地址配置功能

3.3 DHCPv6中的常用概念

3.4 DHCPv6有状态自动配置

3.4.1 四步交互(正常)

四步交互是指DHCPv6客户端与服务器交互四次来完成前缀/地址等参数获取的过程

1. DHCPv6客户端组播发送Solicit(相当于DISCOVER)消息，请求DHCPv6服务器为其分配IPv6地址/前缀和网络配置参数
2. DHCPv6服务器组播回复Advertise(相当于OFFER)消息，通知客户端可以为其分配的地址/前缀和网络配置参数
3. 如果DHCPv6客户端接收到多个服务器回复的Advertise消息则根据消息接收的先后顺序、服务器优先级等，选择其中一台服务器，并向所有服务器组播发送Request消息，请求服务器确认为其分配地址/前缀和网络配置参数。
4. DHCPv6服务器单播回复Reply(相当于ACK)消息，确认将地址/前缀和网络配置参数分配给客户端使用

注: Advertise报文中的网关存在优先级概念: LOW低级、中级(默认)、高级

3.4.2 两步交互(快速)

DHCPv6客户端可以在发送的Solicit消息中携带Rapid Commit选项，标识客户端希望服务器能够快速为其分配地址/前缀和网络配置参数

1. DHCPv6客户端发送Solicit报文，携带Rapid Commit选项
2. DHCPv6服务器接收到Solicit报文后，将会判断，如果DHCPv6服务器支持快速分配，则直接返回Reply报文, 为客户端分配IPv6地址/前缀和其他网络配置参数。如果DHCPv6服务器不支持快速分配，则将采用四步交互方式。

3.4.3 地址/前缀租约更新

DHCPv6服务器分配的IPv6地址/前缀具有有效时间。地址/前缀的租借时间超过有效时间后，DHCPv6客户端不能再使用该地址/前缀。因此，在有效时间超时之前，如果DHCPv6客户端希望继续使用该地址/前缀则需要更新地址/前缀的租约

1. DHCPv6客户端在T1时刻（默认为Preferred Lifetime的1/2）发送Renew报文进行地址/前缀租约更新请求
2. 如果DHCPv6客户端可以继续使用该地址/前缀，则DHCPv6服务器回应续约成功的Reply报文，通知DHCPv6客户端已经成功更新地址/前缀租约。否则，DHCPv6服务器回应续约失败的Reply报文，通知DHCPv6客户端不能获得新的租约

如果DHCPv6服务器未响应T1时刻DHCPv6客户端发出的Renew请求，则客户端会在T2（默认为Preferred Lifetime的0.8倍）向所有DHCPv6服务器组播发送Rebind请求更新租约

1. DHCPv6客户端在T1时刻发送Renew请求更新租约但是没有收到DHCPv6服务器的回应报文。

2. DHCPv6客户端在T2时刻，向所有DHCPv6服务器组播发送Rebind报文请求更新租约。

3. 如果DHCPv6客户端可以继续使用该地址/前缀，则DHCPv6服务器回应续约成功的Reply报文，通知DHCPv6客户端已经成功更新地址/前缀租约。

   否则DHCPv6服务器回应续约失败的Reply报文，通知DHCPv6客户端不能获得新的租约。

3.5 DHCPv6无状态自动配置

DHCPv6服务器为已经具有IPv6地址/前缀的客户端分配除地址/前缀以外的其他网络配置参数，该过程称为DHCPv6无状态自动配置

1. DHCPv6客户端以组播的方式向DHCPv6服务器发送Information-request报文，该报文中携带OptionRequest选项，指定客户端需要从服务器获取的配置参数。
2. 服务器收到该报文后，为客户端分配网络配置参数，并单播发送Reply报文将网络配置参数返回给客户端。客户端检查Reply报文中提供的信息，如果与Information-request报文中请求的配置参数相符，则按照Reply报文中提供的参数进行网络配置；否则，忽略该参数。

3.6 PD自动配置

在一个层次化的网络结构中，不同层次的IPv6地址配置一般是手工指定的。手工配置IPv6地址扩展性不佳，不利于IPv6地址的统一规划管理。DHCPv6 PD可以解决这个问题

1. DHCPv6客户端发送Solicit报文，请求DHCPv6服务器为其分配IA_NA地址和IA_PD前缀
2. DHCPv6服务器回复Advertise报文，通知客户端可以为其分配的IPv6地址和前缀
3. 如果客户端接收到多个服务器回复的Advertise报文，则根据Advertise报文中的服务器优先级等参数，选择优先级最高的一台服务器（若服务器优先级一样，则选择带有该客户端需要的配置参数的Advertise报文），并向其发送Request报文，请求为其分配地址/前缀
4. DHCPv6服务器回复Reply报文，确认将IPv6地址/前缀分配给DHCPv6客户端
5. DHCPv6客户端在收到PD前缀后，与终端进行RS/RA报文交互，在RA报文中将携带获取到的PD前缀下发至终端

3.7 DHCPv6报文总结

3.8 DHCPv6工作过程

3.8.1 地址确认过程

当客户端有断电、掉线、漫游等情况发生时，客户端会发送Confirm报文确认自己的IPv6地址是否可用。如果客户端确认的地址是合法的，则服务器回应；如果没有回应，则客户端需要重新启动地址申请流程

3.8.2 DHCPv6地址冲突检测过程

客户端完成地址申请后，会在开始使用该地址前发起DAD探测。如果DAD检测到地址存在冲突，则客户端发送Decline(释放)消息通知服务器，并不再使用该地址

3.8.3 DHCPv6中继工作过程

当服务器和客户端不在一个网段时，需要使用到DHCPv6中继来完成IPv6地址/前缀和其他网络配置参数的获取

1. DHCPv6客户端向所有DHCPv6服务器和DHCPv6中继的**组播地址FF02::1:2****发送请求报文
2. DHCPv6中继收到客户端的报文后，将其封装在Relay-Forward报文的中继消息选项中，并将Relay-Forward报文发送给DHCPv6服务器或下一跳中继
3. DHCPv6服务器从Relay-Forward报文中解析出DHCPv6客户端的请求，为DHCPv6客户端选取IPv6地址和其他配置参数，并将Relay-Reply报文发送给DHCPv6中继
4. DHCPv6中继从Relay-Reply报文中解析出DHCPv6服务器的应答，转发给DHCPv6客户端

注: Relay-Reply(中继-回复)

3.8.4 地址释放过程

当客户端不需要再使用某地址时，将发送Release消息至服务器，发起释放地址的交互流程

3.9 地址自动比较

4 IPv6地址自动配置实现

配置命令

首先得在全局和对应接口开启ipv6

1. 手工配置接口的链路本地地址

   ipv6 address ipv6-address link-local
   

2. 自动配置接口的链路本地地址

   ipv6 address auto link-local
   

3. 手工配置接口的全球单播地址

   ipv6 ddress {ipv6-address prefix-length | ipv6-address/prefix-length}
   

4. 自动配置接口的全球单播地址

   ipv6 address auto {global | dhcp}
   

5. 查看接口的IPv6信息

   display ipv6 interface[interface-type interface-number | brief]
   

6. 查看邻居表项信息

   display ipv6 neighbors
   

7. 使能接口发布RA报文功能

   undo ipv6 nd ra halt
   

   默认情况下，华为路由器接口抑制ICMPv6RA报文的发送。

配置举例

配置需求

1. R1的GE0/0/0和GE0/0/1接口采用手工方式配置IPv6地址
2. R2的GE0/0/0接口通过无状态地址自动配置的方式获取IPv6地址
3. R3的GE0/0/0接口通过DHCPv6的方式获取IPv6地址

配置命令-静态配置

1. 在R1、R2、R3使能IPv6，并且让接口自动生成链路本地地址（以R1为例）

   ipv6
   int g0/0/0
   	ipv6 enable
   	ipv6 address auto link-local
   

2. 在R1的接口上配置IPv6全球单播地址

   int g0/0/0
   	ipv6 address 2001:DB8:13::164
   	int g0/0/1
   	ipv6 address 2001:DB8:12::164
   

配置命令-无状态自动配置

1. 在R1使能发布RA报文的功能

   int g0/0/1
   	undo ipv6 nd ra halt
   

2. 配置R2的GE0/0/0接口自动获取IPv6地址

   int g0/0/0
   	ipv6 address auto global
   

配置命令-DHCPv6

1. 在R1上配置DHCPv6服务器功能

   dhcp enable
   dhcpv6 pool pool1
       address prefix 2001:DB8:13::/64	
       excluded-address 2001:DB8:13::1
       qu
   g0/0/0
   	dhcpv6 server pool1
   

2. 配置R3的GE0/0/0接口通过DHCPv6的方式获取IPv6地址

   dhcp enable
   int g0/0/0
   	ipv6 address auto dhcp
   	qu
   

结果验证

R2

display ipv6 int g0/0/0

R3

display dhcpv6 client

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