IPv6基础知识

IPv6是由IEIF提出的互聯網協議第六版，用來替代IPv4的下一代協議，它的提出不僅解決了網絡地址資源匱乏問題，也解決了多種接入設備接入互聯網的障礙。IPv6的地址長度為128位，可支持340多萬億個地址。如下圖，3ffe:1900:fe21:4545:0000:0000:0000:0000，這是一個IPv6地址，IPv6地址通常分為8組，4個十六進制數為一組，每組之間用冒號分隔。

Pv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议，号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址。

由于IPv4最大的问题在于网络地址资源有限，严重制约了互联网的应用和发展。IPv6的使用，不仅能解决网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。

IPv6的地址长度为128b，是IPv4地址长度的4倍。于是IPv4点分十进制格式不再适用，采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。

一、冒分十六进制表示法

格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16b，以十六进制表示，例如：

ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789

这种表示法中，每个X的前导0是可以省略的，例如：

2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→ 2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A

二、0位压缩表示法

在某些情况下，一个IPv6地址中间可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次，例如：

FF01:0:0:0:0:0:0:1101 → FF01::1101

0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1

0:0:0:0:0:0:0:0 → ::

三、内嵌IPv4地址表示法

为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96b采用冒分十六进制表示，而最后32b地址则使用IPv4的点分十进制表示，例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例子，注意在前96b中，压缩0位的方法依旧适用。

地址分配是IP协议的一个最基本功能。在IPv4中地址分配依靠手动静态配置，动态配置DHCP。在IPv6中地址分配同样有静态分配和动态分配两种，但IPv6的动态分配要比IPv4的更为复杂。IPv6的地址分配分为有状态分配和无状态分配两种。

无状态地址分配(SLAAC)

无状态地址分配定义在rfc4862。它依靠NDP来实现。

IPv6的无状态自动配置就像是IPv6的“迷你dhcp”服务器。运行IPv6的路由器可以为寻找IPv6地址的客户端提供网络的前缀和网关地址。IPv6使用NDP（邻居发现协议），使用RS（路由请求）和RA（路由器通告）消息，帮助IPv6设备自动配置IPv6地址。无状态地址配置的好处是在没有DHCP的网络中无需手动配置IP地址，省事省力。另外网络整体迁移容易，当一个站点的网络前缀发生变化时，主机能够方便地进行重新编址而不影响网络连接。

配置过程：

1、设备接口先确定自己的链路本地地址；

2、验证该链路本地地址在链路上的唯一性；

3、创建全球唯一地址

DHCPv6地址分配

DHCPv6定义在rfc3315中。DHCPv6是一种地址配置协议，它可以获得IP地址、IP前缀和在IPv6网络中操作所需的其他配置数据。

DHCPv6有无状态和有状态配置两种，无状态配置地址的获取用上面的SLAAC机制来获取IP地址，其他信息比如DNS，域名服务器信息由DHCPv6提供。

DHCP有状态和无状态地址分配比较

DHCPv6客户端使用的UDP端口号是546，服务器的端口号为547。

DHCPv6客户端发出包含快速提交（Rapid Commit）选项的Solicit消息，请求首选快速分配地址/前缀和其他配置参数。 如果DHCPv6服务器支持快速分配，它将使用包含分配的IPv6地址/前缀和其他配置参数的Reply消息进行响应。如果DHCPv6服务器不支持快速分配，则使用下面的四条消息的分配方式。

1、DHCPv6客户端发出Solicit消息，请求IPv6地址/前缀和其他配置参数。

2、 如果Solicit消息不包含Rapid Commit选项，或者DHCPv6服务器不支持快速分配，但包含Rapid Commit选项，则DHCPv6服务器响应Advertise消息，通知DHCPv6客户端可分配的地址/前缀和其他配置参数。

3、DHCPv6客户端可能会收到不同DHCPv6服务器提供的多个Advertise消息。然后，它根据接收顺序和服务器优先级选择，并向所选服务器发送请求消息以确认。

4、DHCPv6服务器向客户端发送Reply消息，确认地址/前缀和其他配置参数已分配给客户端。

地址/前缀租约更新过程

DHCPv6服务器分配的IPv6地址/前缀是有有效期的，这是“租”来的地址，在有效期失效前需要续租。

在T1时间点，DHCPv6客户端向DHCPv6服务器单播Renew消息，该服务器为DHCPv6客户端分配了IPv6地址/前缀。T1的推荐值是首选寿命（Preferred Lifetime）的一半。然后，DHCPv6服务器以Reply消息响应，通知租约已续订。

如果DHCPv6客户端在T1发送Renew消息后没有收到DHCPv6服务器的响应，它会向T2上的所有DHCPv6服务器多播Rebind消息，即80％首选寿命（Preferred Lifetime）到期时。然后，DHCPv6服务器以Reply消息响应，通知租约已续订。如果DHCPv6客户端没有收到DHCPv6服务器的响应，则当有效生存期到期时，客户端将停止使用地址/前缀。

DHCP惟一标识符

client 使用DHCP惟一标识符（DUID）从DHCPv6服务器获取一个IP地址。它有一个2字节的DUID类型字段，一个可变长度标识符字段最多可达128个字节。它的实际长度取决于它的类型。服务器将DUID与它的数据库进行比较，并将配置数据（地址、租期、DNS服务器等）发送给客户端。