IPv6 Address Autoconfiguration

Autoconfiguration仅适用于具有群播能力的interface（例如：Ethernet）。

IPv6定义2种方法来对每个interface个别自动配置参数： 一是利用server（例如DHCPv6）来进行配置， 此称为stateful autoconfiguration。另一是IPv6能够进行自我配置，此称为stateless autoconfiguration。这2种配置方法可任意单一或混合使用。除了host必须自行配置一个link-local地址以外，透过自动配置程序，每个interface可配置零到多个ULA（Unique Local Address）地址以及零到多个Global地址。自动配置的程序如下：

Ø  首先用前缀FE80::/64和自行产生的Interface ID，合并形成link-local地址，并且利用DAD（Duplicate Address Detection）程序来确认创建的link-local地址在link上是唯一的识别ID，没跟其它interface的地址发生冲突。Link-local地址是interface初始化时自行创建的地址，它是最基本也是最重要的地址，没有它则无法顺利继续整个自动配置。当无法自动配置link-local地址时，只能手动完成配置。当DAD检测到地址冲突时，必须马上对系统提报错误信息。

Ø  利用routers发布的Router Advertisement messages来决定哪些信息需要自动配置（可配置参数：地址、MTU、Hop Limit、default router以及route information等信息）。并且依据M bit域值及O bit域值决定是否利用stateful autoconfiguration来配置参数（可配置参数：地址和其它信息）。

Ø  如果link上没配置router，host应该尝试stateful autoconfiguration来配置参数。

Ø  为了避免地址发生冲突，IPv6要求所有的配置到的unicast address必须通过DAD检测后才能以该地址的身份发送或接收封包。

Stateless autoconfiguration的特点是： host无需手动就能够自动配置参数。透过router发布的Router Advertisement message，host可以配置到IPv6地址、default router的地址、Hop Limit和MTU等信息。但是，无法自动配置服务器地址，例如DNS或其它servers。当需要配置其它参数时，必须使用stateful autoconfiguration。

注	定义在DHCP options中的DNS server或其它参数等，如果将来被定义成RA messages可携带的options，则仍可以透过stateless autoconfiguration方式来获取这些参数值。 请注意！Stateless autoconfiguration仅适用于hosts。至于routers的配置方法，不在本书的讨论范围内。（Routers配置link-local address的方式与hosts相同。）

Address Renumbering（地址更换）

IPv6考虑到地址重新配置时（譬如：更换ISP），所有正在联机中的应用层不会受到影响。即使在地址切换过程中，用户不会遇到断线或断网的情况。其做法如下：

n   每个配置到的地址都有个使用寿命称为valid lifetime，表示该地址绑定在interface的有效时间。透过router重新发布Router Advertisement message，地址绑定的有效时间跟着刷新。

n   有效时间分为2个时段： preferred及deprecated。Preferred时段代表可任意使用这个地址建立联机。Deprecated时段代表该地址的有效时间即将过期，还可使用但不鼓励新联机使用。一旦有效时间过期，以此地址建立的联机将面临中断情形。

n   一般情况下，当某个地址进入deprecated时段时很可能是因为需要执行地址切换，此时会有另一个新分配到的地址在preferred时段。任何新建立的联机应该优先选择preferred阶段的地址。利用这样的机制，只要所有联机中的应用层在下线前仍在地址绑定的有效时间内，就能够达到不断线的目标。

n   RFC 2462要求router初始发布Router Advertisement message的Prefix Information option的valid lifetime域值不得低于2小时。假设preferred时间设为30分钟，那么即使在地址切换过程中，所有已经存在的联机在90分钟内都不会有断线之虑。

Router Lifetime

IPv6也考虑到当router进入维护或更换router时，提供机制来避免断网，即达到24小时不断网的目标。其做法如下：

n  首先必须有2个或以上的router配置在同一link。网络管理者预先设定每个router的优先权及寿命，优先权（Default Router Preference字段）及寿命（Router Lifetime字段）会在router发布RA message时告知所有的hosts。

n  透过router重新发布RA message，其优先权及寿命跟着刷新。每个host会将所有寿命未终的router记录在一个称为Default Router List的列表里，并且以优先权最高且可用的router为default router。

n  当default router的寿命终结或者host侦测到default router已经不可用时，host将自动依据router list的优先级寻找下一个可用的router且设为default router。

Autoconfigured Address State

自动配置的地址可能处于以下几种状态：

u Tentative  刚配置到但尚未完成DAD检测的地址状态，Interface还不能以此地址的身份发送或接收封包。当通过DAD检测后，即进入Valid状态。

u Valid  通过DAD检测后的状态，host可以用这个地址的身份发送及接收封包。Valid状态包含Preferred和Deprecated状态，地址的有效时间取自于Router Advertisement message的Prefix Information选项中的Valid Lifetime字段。

u Preferred  上层建立新联机时，优先选择的地址。地址的preferred 时间取自于Router Advertisement message的Prefix Information选项中的Preferred Lifetime字段。

u Deprecated  此状态的地址仍为有效地址，但不鼓励应用层用来建立新联机（除非没preferred状态的地址可用）。

u Invalid  该地址的有效时间已经过期。Host不能再以此地址的身份发送或接收封包。

Duplicate Address Detection

DAD检测的目的是防止不同的interface使用同一unicast address。不论透过stateless autoconfiguration，stateful autoconfiguration或手动配置，当interface配置到地址时，必须先通过DAD检测后，才能以该地址的身份发送或接收封包。 DAD藉由发送Neighbor Solicitation message，在特定的时间内侦测是否已有其它interface使用该address。DAD的执行过程如下：

Ø  发送 Neighbor Solicitation Messages

在发送Neighbor Solicitation message之前，interface必须先加入all-node multicast address和该地址的solicited-node multicast address。前者能从接收到的Neighbor Advertisement messages中检测是否该地址已被其它interface使用。后者能从接收到的Neighbor Solicitation messages中检测是否有其它的interface正在执行DAD检测该地址。

发送的Neighbor Solicitation message内容如下：

IPv6 source address：(::)

IPv6 dest address：检测地址的solicited-node multicast address

Target address 字段：检测地址

发送Neighbor Solicitation message后，在特定的时间内检查是否有符合以下Neighbor Advertisement或Neighbor Solicitation messages的特定内容。若有符合的message则代表此地址冲突，否则视DAD检测成功。

Ø  检查接收到的 Neighbor Advertisement Messages

凡target address域值为检测的地址，皆代表已经有其它interface使用此地址。

Ø  检查接收到的 Neighbor Solicitation Messages

       IP source address为 (::)且target address域值为检测的地址时，代表有其它interface正在执行DAD检测此地址。

注	RFC 7527特别针对DAD算法做了改善。

參考文獻

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RFC 4862  IPv6 Stateless Address Autoconfiguration