📚 课程目录第3章 IPv6基础协议与双栈主机配置

3. IPv6基础协议与双栈主机配置

IPv6 主机要真正“上网”，第一步不是配路由协议，而是把地址、前缀、网关和 DNS 这些基础参数拿到手。与 IPv4 依赖 ARP、手工地址和 DHCP 不同，IPv6 把地址解析、邻居发现、路由器发现、地址自动配置整合进了一套 ICMPv6 报文体系，这就是 NDP（Neighbor Discovery Protocol，邻居发现协议）。理解 NDP、SLAAC 与 DHCPv6 三者的分工，是双栈主机配置的核心。

一、NDP：IPv6 的“控制面底座”

NDP 定义在 RFC 4861，运行在 ICMPv6 之上，使用五类关键报文：

RS（Router Solicitation，类型 133）：主机启动或链路变化时，向 ff02::2（所有路由器）组播，请求路由器立即通告前缀信息。
RA（Router Advertisement，类型 134）：路由器周期性或响应 RS 时，向 ff02::1（所有节点）组播，携带前缀、前缀长度、默认网关、M/O 标志、跳数限制、MTU 等。
NS（Neighbor Solicitation，类型 135）：用于地址解析（替代 ARP）和重复地址检测（DAD），目的地址为被请求节点的 solicited-node 组播地址 ff02::1:ffXX:XXXX。
NA（Neighbor Advertisement，类型 136）：对 NS 的应答，携带目标链路层地址和 R/S/O 标志。
Redirect（类型 137）：路由器告知主机存在更优的下一跳。

其中 RA 报文中的两个标志位决定了主机如何获取地址：M 位（Managed Address Configuration）置 1 表示地址通过 DHCPv6 获取；O 位（Other Configuration）置 1 表示 DNS、域名等其他参数通过 DHCPv6 获取。这两个标志的组合，直接决定了 SLAAC 与 DHCPv6 的协作方式。

二、SLAAC：无状态地址自动配置

SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration，RFC 4862）让主机无需服务器即可生成全球单播地址。流程分三步：

生成链路本地地址：接口启用 IPv6 后，主机用 fe80::/64 前缀加上接口标识（EUI-64 或稳定隐私地址 RFC 7217）生成链路本地地址。
DAD 重复地址检测：主机向该地址对应的 solicited-node 组播地址发送 NS，若在约 1 秒内未收到 NA，则认为地址唯一，可以启用。
接收 RA 生成全球地址：主机收到 RA 后，取 RA 中的前缀（如 2001:db8:1::/64）与接口标识拼接，再次 DAD 后启用。默认网关即 RA 的源地址（链路本地地址）。

以 EUI-64 为例，MAC 地址 00:1A:2B:3C:4D:5E 先插入 FF:FE 变为 00:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E，再将第一字节的 U/L 位取反（00 → 02），得到接口标识 021A:2BFF:FE3C:4D5E，最终地址为 2001:db8:1::021a:2bff:fe3c:4d5e/64。实际工程中更推荐启用稳定隐私地址，避免暴露 MAC 信息。

三、DHCPv6：有状态配置

当 RA 中 M 位置 1 时，主机通过 DHCPv6 获取地址。DHCPv6 使用 UDP：客户端 546，服务器 547，通过组播 ff02::1:2 发现服务器。典型四步交互为 Solicit → Advertise → Request → Reply；若客户端已有服务器信息，可简化为 Request → Reply 两步。DHCPv6 还支持前缀委派（PD），用于给下游路由器分配 /56 或 /60 前缀。

需要区分两种模式：有状态 DHCPv6 分配地址和参数；无状态 DHCPv6 只分配 DNS、域名等参数，地址仍由 SLAAC 生成。工程中常见组合是“SLAAC 地址 + 无状态 DHCPv6 下发 DNS”，即 M=0、O=1。

四、双栈主机配置实战

下面以 Linux 主机为例，演示自动配置与手工配置两种方式。假设路由器接口为 2001:db8:1::1/64，DNS 为 2001:db8:1::53。

自动配置（SLAAC + 无状态 DHCPv6）：

# 启用 IPv6 并接受 RA
sysctl -w net.ipv6.conf.eth0.accept_ra=1
sysctl -w net.ipv6.conf.eth0.autoconf=1

# 查看自动生成的地址
ip -6 addr show dev eth0
# inet6 2001:db8:1::021a:2bff:fe3c:4d5e/64 scope global dynamic
# inet6 fe80::21a:2bff:fe3c:4d5e/64 scope link

# 查看默认路由（来自 RA）
ip -6 route show default
# default via fe80::1 dev eth0 proto ra metric 1024

# 若 O=1，用 dhclient 获取 DNS
dhclient -6 -S eth0
cat /etc/resolv.conf
# nameserver 2001:db8:1::53

手工配置（静态地址）：

ip -6 addr add 2001:db8:1::100/64 dev eth0
ip -6 route add default via 2001:db8:1::1 dev eth0
echo "nameserver 2001:db8:1::53" >> /etc/resolv.conf

# 验证连通性
ping6 -c 3 2001:db8:1::1
ping6 -c 3 2001:db8:1::53

配置完成后，用 ip -6 neigh show 查看邻居缓存，用 ping6 验证网关和 DNS 可达性。若地址显示 tentative，说明 DAD 未完成或检测到冲突；若 dadfailed，则地址重复，需要更换接口标识或排查是否有其他主机占用。

排障提示：主机拿不到 IPv6 地址时，按顺序检查：① 接口是否启用 IPv6（sysctl net.ipv6.conf.eth0.disable_ipv6 应为 0）；② 是否收到 RA（tcpdump -i eth0 icmp6 and ip6[40]==134）；③ RA 的 M/O 标志是否符合预期；④ DHCPv6 服务器是否可达（ff02::1:2 组播是否被阻断）；⑤ 防火墙是否放行 ICMPv6 类型 133-137 和 UDP 546/547。

注意：手工配置静态地址时，必须确保该地址不在 DHCPv6 地址池或 SLAAC 前缀范围内，否则可能引发地址冲突。生产环境建议优先使用 SLAAC + 无状态 DHCPv6，既保留即插即用能力，又能集中管理 DNS 等参数。

总结来看，NDP 提供邻居发现和路由器发现能力，SLAAC 负责无状态地址生成，DHCPv6 负责有状态地址或参数下发。双栈主机配置时，先确认 RA 的 M/O 标志，再选择自动或手工方式，最后通过 ip -6 addr、ip -6 route 和 ping6 验证地址、网关与 DNS 是否全部就绪，才算完成一个可用的 IPv6 主机接入。