研究笔记 - 关于DHCPv6的研究

IPv6的地址分为两段：前缀(64bit)和后缀(64bit)，以此拼接为一个完整的地址，前缀会在拨号时由运营商分配，一般是2408或2409等开头的前缀，在子网中拿到前缀后其实就能自由分配后缀部分了，无论自行配置的都是啥都能正确从全球路由到该网络，只不过一般的IPv6终端采用的都是无状态配置(SLAAC)的方式，无需DHCP服务器，为了避免冲突一般都会生成一个尽量唯一的标识，最终填充了整个128位的IPv6地址

本文编写的主要目的在于，利用DHCPv6手动分配后缀的方式，以此规划和统一网络，同时还能让IPv6地址看起来简短美观，不会过多叙述关于IPv6的基础知识，本文的目的是为了规划公网(即全球地址)IPv6配置过程中的要点，对于内网分配的私有IPv6地址不做讨论

本篇的编写形式为技术笔记，因此不会详细描述为达成特定目标而进行的详细流程，而是以技术备忘为主

例子

比如获得的前缀均为2408:8221:40a:9df0/60，前缀60bit不满64bit，剩下4bit可以自由分配 即可用子网为2408:8221:40a:9df0::/64至2408:8221:40a:9dff::/64下的所有网段，一般的路由只用0子网，即9df0，组成最终的64位前缀

• 一个通过SLAAC自行配置的IPv6地址，根据设备唯一标识计算标识号得到e73:148f:f7b0:b937，并作为后缀组拼接成完整的地址，在Windows中，也被描述为临时IPv6地址

2408:8221:40a:9df0:e73:148f:f7b0:b937

• 一个通过DHCPv6分配的IPv6地址，分配的后缀为::2，即完整地址为

2408:8221:40a:9df0::2

附：国内各大运营商前缀地址范围

中国电信: 240e::/18

中国联通: 2408:8000::/20

中国移动/铁通: 2409:8000::/20

底层传输

DHCPv6的工作细节与以往的DHCPv4有一些不同，DHCPv4的服务端和客户端分别工作在udp/67和udp/68，DHCPv6其服务端和客户端分别在udp/547和udp/546，因此如果遇到通过防火墙的部分是需要额外配置的。其次不再直接使用设备的MAC地址来标识客户端，转而采用客户端提供的设备标识(DUID)来确定唯一的客户端并分配地址

以下例子采用tcpdump来抓取在服务端switch0端口的DHCPv6数据包，并存储到ducp_dump.cap以便采用诸如Wireshark这类工具进行分析

tcpdump -i switch0 -w dhcp_dump.cap udp port 547

前缀长度

这是第一个需要关注的配置项，不过对于各大运营商而言较为固定，有以下前缀长度可选

• /48
• /56
• /60
• /64

一般国内运营商大多前缀长度为/60，一般的路由系统基本上都会提供，但保持默认一般不需要调整，错误的前缀配置会直接导致无法访问，对于没有占满64bit的前缀，剩余的部分就可以自行自由分配，作为多个子网使用，自由分配的这部分也被称为前缀ID(Prefix ID)

内网的前缀指派方式

前缀仅仅是在PPPoE拨号时由拨号的端口获得，对于下属的子网设备由于并没有直接接入网络，因此为了获得前缀必须通过委派的方式告诉子网设备，以辅助这些设备配置正确的IPv6地址，目前常用的委派方式有

• 前缀代理PD(Prefix Delegation)，路由器充当一个代理服务，由内网设备向路由器发起请求，由路由器代为访问上级DHCPv6服务器，并将获得的前缀返回客户端，这是最常用的前缀指派方式

• 单独配置路由通告RA(Router Advert)，其实就是在上述前缀代理中剔除代理的部分，路由器自己配置了前缀无需访问服务器，在客户端请求时直接将本地已经配置的前缀公告给客户端。由于路由器大多没有全球地址，大多用于内网DHCPv6中自行划定IPv6网络时使用，在这里由于没有内网IPv6地址的定制需求故不需要配置

PD的工作流程本身就隐含了RA部分，无需再额外配置

IP分配方式

客户端想要配置一个IPv6地址，需要与服务器(或者是上级路由器)使用特定的数据包(RA报文)进行协商，确认采用的IPv6地址分配方式，分为有状态和无状态两种，具体的方式有

• 无状态地址配置(SLAAC, Stateless Address Autoconfiguration)，默认客户端最常用的方式，不需要DHCPv6服务器
• 无状态DHCPv6(Stateless DHCPv6)，除了IPv6地址，其余部分通过(如DNS参数)通过DHCP获取
• 有状态DHCPv6(Stateful DHCPv6)，除了网关，其余均从DHCP获取，本文的目标则采用此方法

设备标识

在DHCPv6中，不再直接使用MAC作为识别客户端的依据，而是使用设备标识，即DUID(DHCP Unique Identifier)，其基本格式为2字节DUID类型+不定长DUID值

根据RFC 3315的规定，DUID的取值方式有以下四种，这四种取值方式会反映在客户端发给服务器头部的DUID类型(type)中体现

• 基于MAC地址+时间生成的标识DUID-LLT，值为0x0001
• 采用厂商提供的唯一ID标识DUID-EN，值为0x0002
• 基于MAC地址生成的标识DUID-LL，值为0x0003
• RFC 6355扩展了一个根据手动配置的UUID生成的标识，值为0x0004

其中，除了DUID-LLT，其余取值方式获得的DUID是唯一的，而DUID-LLT方式的固定性依各操作系统的具体实现而定，而如果你在操作系统打开了IPv6隐私扩展，这会再每次分配时采用不同的DUID，从而获得不同的IPv6后缀。只有能稳定唯一的DUID，才能作为静态分配后缀的前提

在Windows中，DUID的取值方式为DUID-LLT，但会在第一次生成之后反复使用，因此在整体上是固定的，具体可参考Microsoft Windows官方文档：

• 第一次启动 DHCP 客户端服务时，会生成 DHCPv6 消息的 DUID。 DUID 的值存储在 Dhcpv6DUID 注册表项中。 如果删除注册表项的值，则当在客户端计算机上启用或连接接口时，会重新创建该值。 Dhcpv6DUID 注册表项位于以下注册表子项下：

\HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\services\TCPIP6\Parameters

相关DHCPv6服务配置

要配置服务，自然首先得知道服务端DUID，但是目前还没有一个比较好的获取方式，只能通过抓包或者查看DHCP分配池来得知，后者需要客户端先与服务端交互获得一个IPv6地址，而后才能在服务端分配池看到这个已分配客户端的信息，本文采用此方法来获知DUID

以Ubnt的设备为例，在switch0分配的DHCP缓存池的位置在/var/run/dhcpv6-switch0-pd.leases，不同操作系统和配置位置有很大不同，仅供参考

ia-na "\000\000\000\000\000\001\000\001%HD\018LV\1352\272\369" {
  cltt 0 2023/01/08 10:20:17;
  iaaddr 2408:8220:483:4872:532a:47e7:af0a:ae8a {
    binding state expired;
	preferred-life 27000;
	max-life 43200;
	ends 0 2023/01/08 22:20:17;
  }
}

ia-na开头的每个配置项就是一个客户端，后面紧跟的一大串二进制内容就是包含DUID的数据，其格式为IA(Identity Association)标识+DUID，IA是用于给一个客户端区分不同接口使用的，以避免多个接口同时使用同个DUID产生冲突，iaaddr就是已经分配的这个IPv6地址。将这一串二进制转换为十六进制，去掉头部的4字节IAID，剩余部分就是DUID，以上面的数据为例，其中DUID类型为0x0001，因此是一个采用DUID-LLT取值的设备标识

    IAID                       DUID
     |                          |
----------- -----------------------------------------------
00:00:00:00:00:01:00:01:25:48:44:01:38:4c:56:5d:32:ba:1e:39
            ----- -----------------------------------------
              |                 |
             Type            Payload

就目前观察到的而言，Win设备一般采用DUID-LLT(0x0001)，而Linux设备常用DUID-UUID(0x0004)，除非打开了IPv6隐私扩展

最后将这个得到的16进制DUID，采用:进行分隔，作为控制面板中客户端标识一栏填入的值，并指定分配后缀，如::2，在我这个Ubnt路由系统中，最终配置会被体现在PD服务产生的配置文件/var/run/dhcpv6-switch0-pd.conf中，这个文件同时包含了动态前缀的信息，组成了DHCPv6服务最终采用的配置

shared-network switch0-pd {
  subnet6 2408:8220:483:4872:0:0:0:0/64 {
    host winserver {
	  host-identifier option dhcp6.client-id 00:01:25:48:44:01:38:4c:56:5d:32:ba:1e:39;
	  fixed-address6 2408:8220:483:4872::2;
	}
	range6 2408:8220:483:4872:0:0:0:0/64;
  }
}

最后，在配置完成之后，要记得已经要删掉刚刚缓存池leases中对应客户端的配置，否则缓存会一直存在导致新的配置无法生效

参考

• 「DHCPv6」- 前缀代理（PD，Prefix Delegation）
• dhcpv6 duid - SOHO WLAN AC V200R021C10 命令参考
• DUID - 通信用語の基礎知識
• IPV6 DHCPV6 和 无状态 分配地址
• IPv6下DHCPv6协议(RFC3315)详细介绍
• ISC Dynamic Host Configuration Server (dhcpd) - Chapter 22. Hints for IPv6-enabled daemons