奔湧的IPv6背後，DHCPv6協定你了解多少？

随着IPv6技術的普及，DHCPv6 作為基礎技術是每一位IT人或多或少都需要了解的。本文将依托騰訊雲CVM來詳細剖析 DHCPv6 的工作原理，希望可以讓更多小夥伴掌握 DHCPv6 協定。什麼是 DHCPv6 協定？用戶端如何首次自動擷取一個 IPV6 位址？CVM重新開機又如何自動擷取到上次使用的 IPv6 位址？本文作者：騰訊雲售後架構師 李彬文。

一、DHCPv6簡介

DHCPv6 (Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6)是一個用來配置設定 IPv6 位址、字首以及DNS等配置的網絡協定。

DHCPv6 是一種運作在用戶端和服務端之間的協定，與 IPv4 中的 DHCP 一樣，所有的協定封包都是基于 UDP 的（用戶端使用UDP 端口号546，服務端使用端口号547）。但是由于在 IPv6中 沒有廣播封包，是以 DHCPv6 使用多點傳播（預設所有DHCPv6伺服器都會加入并偵聽該多點傳播組：FF02::1:2）封包，用戶端也無需配置服務端的IPv6位址。

1. DHCPv6協定的優勢

相對其他配置設定IPV6位址的方式而言，DHCPv6具備以下優勢:

• 更好控制 IPv6 位址的配置設定，DHCPv6 方式不僅可以記錄為 IPv6 主機配置設定的位址，還可以為特定的 IPv6 主機配置設定特定的位址，以便于網絡管理。
• DHCPv6 支援為網絡裝置配置設定 IPv6 字首，便于全網絡的自動配置和網絡層次性管理。
• 除了為 IPv6 主機配置設定 IPv6 位址和字首外，還可以配置設定DNS伺服器 IPv6 位址等網絡配置參數。

2. DHCPv6封包格式

DHCPv6 屬于 OSI 七層協定棧的應用層，是以需要先封裝網絡層 IPv6 頭部以及傳輸層UDP頭部。

3. DHCPv6字段注釋

• msg-type：長度8比特，表示封包的類型，總共定義了13種消息類型。
• transaction-id：長度24比特，表示 DHCPv6 用戶端随機生成的互動ID（服務端發起的封包互動ID為0），用來辨別一次來回互動的 DHCPv6 封包。例如Solicit/Advertise封包為一次互動，Request/Reply封包為另外一次互動，兩者有不同的互動ID。
• options：根據消息類型不一樣長度可變，表示 DHCPv6 的可選字段。此字段包含了 DHCPv6 伺服器配置設定給 IPv6 主機的配置資訊，如用戶端辨別、伺服器辨別或有效生命周期等資訊。

4. DHCPv6定義的幾種常見消息類型

（1）Solicit，DHCPv6 用戶端使用Solicit封包來發現 DHCPv6 伺服器的位置。

（2）Advertise，DHCPv6 伺服器發送Advertise封包來對Solicit封包進行回應，通告用戶端能夠提供哪些 DHCPv6 服務。

（3）Request，DHCPv6 用戶端發送Request封包來向DHCPv6伺服器請求IPv6位址和其它配置資訊。

（4）Confirm，DHCPv6 用戶端向任意可達的 DHCPv6 伺服器發送Confirm封包檢查自己目前獲得的 IPv6 位址是否适用與它所連接配接的鍊路。

（5）Reply，DHCPv6伺服器在以下場合發送Reply封包：

• DHCPv6 伺服器發送攜帶了位址和配置資訊的Reply消息來回應從 DHCPv6 用戶端收到的Solicit、Request、Renew、Rebind封包。
• DHCPv6 伺服器發送攜帶配置資訊的Reply消息來回應收到的Information-Request封包。
• 用來回應 DHCPv6 用戶端發來的Confirm、Release、Decline封包。

（6）Decline，DHCPv6 用戶端向 DHCPv6 伺服器發送 Decline 封包，聲明 DHCPv6 伺服器配置設定的一個或多個位址在 DHCPv6 用戶端所在鍊路上已經被其他用戶端使用。

二、首次擷取IPV6位址解析

CVM首次接入騰訊雲 IPv6 網絡，通過 DHCPv6 自動擷取 IPv6 位址的互動封包如下所示：

1. 發現階段

用戶端CVM（雲伺服器）發送Solicit封包來發現 DHCPv6 伺服器，并請求DHCPv6 伺服器(騰訊雲虛拟元件)為其配置設定 IPv6 位址和網絡配置參數。

由于CVM不知道 DHCPv6 伺服器的 IPv6 位址，是以CVM用多點傳播位址：FF02::1:2向同一鍊路範圍内的所有DHCPv6伺服器發送Solicit封包。

Solicit封包中攜帶了用戶端的DUID、需要請求的非臨時位址、以及其他網絡配置參數等資訊。

2. 提供階段

DHCPv6 伺服器接收到Solicit封包後，選擇按照 IPv6 位址從小到大的順序采用循環查找方式，選擇最新找到的可供配置設定的 IPv6 位址，然後通過Advertise封包以單點傳播方式回應給CVM。

Advertise封包裡面攜帶了伺服器的DUID、用戶端的DUID、配置設定給用戶端的IPv6位址及租期等資訊。

3. 選擇階段

因為Solicit封包是多點傳播發送的，是以如果同一鍊路範圍記憶體在多個 DHCPv6 伺服器，則接收到Solicit封包的伺服器都會回應Advertise封包。

如果有多個 DHCPv6 伺服器向DHCPv6用戶端回應Advertise封包，則 DHCPv6 用戶端選擇伺服器優先級最高的Advertise封包（DHCPv6 伺服器可以在Advertise消息中包含Preference選項，以便控制用戶端對伺服器的選擇），然後用戶端以多點傳播方式向同一鍊路範圍内的所有 DHCPv6 伺服器發送Request封包，該封包中包含用戶端選擇的 DHCPv6 伺服器（高優先級）的DUID、用戶端的DUID、用戶端IPv6位址。

4. 确認階段

當 DHCPv6 伺服器收到Request封包後，對封包中攜帶的服務端DUID資訊進行判斷：

• 若封包中攜帶的服務端DUID不是本服務端的DUID，則對該Request封包不回應，同時将Request封包中請求的IPv6位址進行回收。
• 若封包中攜帶的服務端DUID是本服務端的DUID，則以單點傳播方式回應Reply封包，确認Request封包中請求的IPv6位址配置設定給用戶端使用。

5. 用戶端CVM處理階段

用戶端CVM收到Reply封包後會發送位址沖突探測封包（Neighbor Solicitation），檢查本鍊路範圍内是否有其他用戶端使用相同的IPv6位址，如果在指定時間内沒有收到回應，表示用戶端可以使用此位址。

注意事項:如果發的位址沖突探測封包（Neighbor Solicitation）收到了回應，說明有其他用戶端使用了此位址，CVM會以單點傳播方式向服務端發送Decline（聲明位址沖突）封包，并重新發送Solicit封包請求新的可用IPv6位址。服務端收到Decline封包後，會将封包中攜帶的IPv6位址列為沖突位址。

三、重新開機後擷取IPV6位址解析

CVM非首次接入騰訊雲IPv6網絡，通過 DHCPv6 自動擷取 IPv6 位址的互動封包如下所示：

第一步，當用戶端CVM（雲伺服器）非首次接入 IPv6 網絡時(比如重新開機、網卡禁用後再啟用等)，CVM會通過多點傳播位址：FF02::1:2，發送Confirm封包确認該CVM之前的IPv6位址是否仍然可用。

第二步，DHCPv6 伺服器（騰訊雲虛拟元件）收到Confirm封包後，确認Confirm封包中所有的位址是否适用于該CVM。

若Confirm封包中所有的IPv6位址都通過了确認，伺服器回應确認成功的Reply封包（如果用戶端收到确認失敗的Reply封包，則發送Solicit封包，重新請求IPv6位址；）。

第三步，用戶端CVM收到确認成功的Reply封包後會發送位址沖突探測封包（Neighbor Solicitation），檢查本鍊路範圍内是否有其他用戶端使用相同的IPv6位址，如果在指定時間内沒有收到回應，表示該CVM可以使用此位址。

至此，用戶端通過DHCPv6協定首次和非首次自動擷取IPv6位址的原理就解釋清楚了，通過該文章也闡述了DHCPv6的6種常用類型封包的作用，希望小夥伴們多多嘗試，加深了解。

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