深入研究自動分配IPv6地址的Stateless(無狀態)與Stateful(有狀態)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個關鍵的Flag
▪ 四. 流程示意圖
▪ 五. 測試獲得IP效果
▪ 六. 應用場景（選擇無狀態還是有狀態）
▪ 七. 後續內容
▪ 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”根據算法，又分爲
▷ eui64：根據mac地址換算而來
▷ stable_secret：跟隨網絡環境的變化而變化，處於固定網絡環境時其值將固定
▷ 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”根據獲取方式，又分爲
▷ 無狀態（Stateless）：根據路由通告報文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也可以稱爲SLAAC（Stateless address autoconfiguration）
▷ 有狀態（Stateful）：通過DHCPv6方式獲得IPv6地址
其中“有狀態”又分爲2種
▷ 有狀態DHCPv6（Stateful DHCPv6）：IPv6地址、其他參數（如DNS）均通過DHCPv6獲取
▷ 無狀態DHCPv6（Stateless DHCPv6）：IPv6地址依然通過路由通告RA方式生成，其他參數（如DNS）通過DHCPv6獲取
爲了避免混淆，在此解釋下有狀態、無狀態到底是什麼意思：首先，請明確一點，有狀態、無狀態僅針對於IPv6地址分配方式，並不包含其他參數
▷ 有狀態：可控、可管理。在網絡中存在一個IP地址管理者，它能夠識別客戶端，根據不同的客戶端，分配對應的IPv6地址，客戶端與服務端之間需要維護IP地址的租期及續約。目前實現這種效果的，就是DHCPv6協議，IP地址管理者就是DHCPv6 Server
▷ 無狀態：不可控、難管理。在網絡中只有網關，沒有IP地址管理者。因此無人去識別客戶端，每個客戶端根據網關發送的相同的RA報文內容，自行配置IPv6地址
三. RA報文中3個關鍵的Flag
RA報文中存在3個關鍵的flag bit：
▷ Autonomous flag（簡稱A flag）：表示是否配置無狀態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
▪ 爲on時（對應bit位爲1）：表示客戶端應當在該prefix範圍內自動生成IPv6地址（客戶端通過DAD自行保證地址可用），並配置子網路由條目、網關
▪ 爲off時（對應bit位爲0）：表示客戶端不應當在該prefix範圍內自動生成IPv6地址，但是可以配置子網路由條目、網關
▷ Managed flag（簡稱M flag）：表示是否配置有狀態IP。M flag是RA報文的全局參數，一個RA報文只有一個M flag
▪ 爲on時（對應bit位爲1）：表示在stateless流程結束後開始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（如DNS列表）
▪ 爲off時（對應bit位爲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（如DNS列表）。O flag也是RA報文中的全局參數，一個RA報文只有一個O flag。注意：僅當M flag爲off時，該參數纔會被讀取。
▪ 爲on時（對應bit位爲1）：當M flag爲on，或者M flag爲off且至少有一個A flag爲on時，將通過DHCPv6獲得其他參數
▪ 爲off時（對應bit位爲0）：當M flag爲on時，依然將通過DHCPv6獲得其他參數；當M flag也爲off時，將不通過DHCPv6獲得其他參數
四. 流程示意圖
無狀態和有狀態並不是相互對立的，他們可以同時存在，也就是一張網卡上可以同時出現通過RA生成的IP以及通過DHCPv6獲得的IP。通過下面這張筆者繪製的流程圖可知曉其中奧祕。
從圖中可以看到，順序爲：
1️⃣ Stateless自動配置“鏈路本地地址”
2️⃣ Stateless自動配置“全球地址”（或“唯一本地地址”）
3️⃣ Stateful自動配置“全球地址”（或“唯一本地地址”）和其他參數，其中Stateful階段中存在Stateful DHCPv6或Stateless DHCPv6
注意：部分客戶端操作系統或網絡管理器當Stateless階段沒有收到RA報文後，就到此結束，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就會繼續走Stateful階段。
五. 測試獲得IP效果
測試環境：客戶端基於CentOS 7+NetworkManager（即系統默認的網絡管理方式）進行測試
▪ 網關會發送RA報文，包含一個prefix
▪ DHCPv6 Server會分配IP、DNS
測試內容：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IP
▪ 客戶端是否會通過RA報文配置prefix子網路由
▪ 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IP
▪ 客戶端是否會通過DHCPv6獲得DNS
測試結果：
六. 應用場景（選擇無狀態還是有狀態）
何時採用無狀態、何時採用有狀態，關鍵看應用場景。核心在於是否需要控制IP地址，比如保持IP不變，如果需要控制，就採用有狀態；如果無需控制，就採用無狀態。
▷ 服務端領域：如對外提供服務，通常需要採用有狀態IP。因爲業務IP的突然變化容易導致業務中斷（除非做好服務發現）
▷ 客戶端領域：如移動設備、辦公室內PC機，只需要上IPv6互聯網，並不需要對外提供服務，可以採用無狀態IP
七. 後續內容
由於篇幅有限，本文尚未貼出實驗的詳細配置。將會在《IPv6系列》後續文章裏，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/