IPv6通讯原理 - 不能忽略的网卡启动过程
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了IPv6通讯原理 - 不能忽略的网卡启动过程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
本文主题：通过抓包分析，深入观察网卡启动过程的每个步骤，从而逐步掌握通讯原理。
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目录
? 一. 为什么不能忽略网卡启动过程
? 二. 实验环境
? 三. 网卡启动前/后的样子
? 四. 结论写在前
? Step1. 生成“链路本地地址”
? Step2. 生成“被请求节点多播地址”
? Step3. “多播成员报告”
? Step4. “重复地址检测”
? Step5. “无状态地址自动配置”
? 思考题
? 附. 实验脚本与抓包文件
一. 为什么不能忽略网卡启动过程
掌握网络技术，除了看RFC协议外，最直接高效的方法就是“亲眼所见”。
其中抓包分析是最为关键的方法，能了解到：
? What：对应哪个协议
? Why：协议用途
? When：协议之间的关联
? How：报文地址和内容
网卡启动是网络通讯的第一步，只有夯实基础方能展翅高飞。
二. 实验环境
本文以CentOS 7为实验环境，创建两个network namespace（名字分别为ns1和ns2），并通过veth网卡桥接到同一个linux bridge（名字为br0），来模拟最简单的环境，即两台同二层服务器。
?? 先贴出mac地址：
? ns1内的mac：52:54:00:00:00:01
? ns2内的mac：52:54:00:00:00:02
?? 实验步骤：
1?? 在ns1里启动网卡，但不抓包查看
2?? 在ns2里启动网卡，同时在br0上进行抓包分析
?? 观察：
? ns2会产生哪些包
? ns1是否会对ns2进行响应
本文最后会附上实验脚本和抓包文件的下载地址。
三. 网卡启动前/后的样子
?? 网卡启动前的样子
在ns2里启动网卡之前，先对ns2里的网络环境进行查看，命令如下
# 查看网卡状态
ip netns exec ns2 ip link
# 查看ipv6地址
ip netns exec ns2 ip -6 addr
# 查看ipv6路由
ip netns exec ns2 ip -6 route
# 查看ipv6多播地址
ip netns exec ns2 ip -6 maddr
可以看到此时eth0处于DOWN的状态，接下去，对eth0进行UP。
?? 网卡启动后的样子
# 启动网卡
ip netns exec ns2 ip link set eth0 up进入ns2里查看
可以看到，此时网卡已启动，并获得了一个链路本地地址（图中fe80开头的）
?? 抓到了哪些包呢
这些包都是什么意思，如何产生，为何产生，请接着往下看。
四. 结论写在前
网卡启动过程一共有5步，详见示意图（右边的数字，表示对应抓包图中的第几个包）：
接下来，将对这5步进行逐步讲解。
Step1. 生成“链路本地地址”
（本步骤尚未产生数据包）
?? “链路本地地址”是什么
? 当网卡启动时会根据某种算法自动生成链路本地地址（Link-Local Address）。
? 具体生成的地址，与操作系统有关，有的根据MAC地址换算而来（EUI-64），有的则是随机生成，并不统一。
? “链路本地地址”是范围为fe80::/10的单播地址。
? “链路本地”顾名思义，只在同一个二层内传播，不会被路由器转发。
?? “链路本地地址”有什么作用
? 地址自动配置
? 邻居发现协议
? 路由转发（可以作为下一跳地址）
Step2. 生成“被请求节点多播地址”
（本步骤尚未产生数据包）
?? “被请求节点多播地址”是什么
在IPv6的世界中，每生成一个ip地址（准确说是单播地址），无论什么类型，都会对应生成一个“被请求节点多播地址”（Solicited-Node multicast address）。
组成方式：FF02::1:FF00:0/104 + 单播地址的最后24bit。可以看到，该地址是通过单播地址推导而成，不是随机的。上图中红框里的地址就是“链路本地地址”对应的“被请求节点多播地址”。
?? 为什么需要“被请求节点多播地址”
就4个字：“地址解析”
? IPv4中用ARP做地址解析，ARP是基于广播的。
? IPv6没有广播，只有多播。既然是多播，就总得有一个多播地址才行，于是应运而生。
?? “被请求节点多播地址”工作原理
当他人想解析我的MAC地址时，发送一个“地址解析请求包”到这个多播地址，然后属于该多播地址的成员（也就是“我”）就会收到该数据包，最后“我”返回MAC地址给对方。这样就完成了“地址解析”的流程。
?? “被请求节点”这5个字到底是什么意思
别人请求解析我的地址，那么我就是被请求的节点。我生成“被请求节点多播地址”的目的，就是让别人能够请求到我。
Step3. “多播成员报告”
（对应抓包图中的No. 1/2/4/6）
?? 什么是“多播成员报告”
? MLDv2协议（多播控制协议）中的一种报文类型（Membership Report）。
? 通俗理解就是对外宣称“我要加入某某多播组”。
? 成员报告是单向的，不会收到回应包。
?? 为什么要进行“多播成员报告”
? 只要生成多播地址，就要进行成员报告，这是多播的工作机制。
? 成员报告的目的是为了减少网络中的多播流量。
?? 要报告的是哪个成员
? 要报告的成员不是单播地址，而是多播地址。
? 这里指的就是“被请求节点多播地址”。即“我要加入ff02::1:ff00:2多播组”
Step4. “重复地址检测”
（对应抓包图中的No. 3）
?? 什么是“重复地址检测”
? 为了防止IP地址冲突，每生成一个单播地址，都会进行一次“重复地址检测”（Duplicate Address Detection，简称DAD）。
? 此刻，就是对Step1生成的“链路本地地址”进行检测。
?? 何时进行“重复地址检测”
? 在生成单播地址并完成发送一次“MLDv2成员报告”后，就会随机延时一小段时间进行检测。
? 在centos7里检测次数可通过内核参数net.ipv6.conf.eth0.dad_transmits进行修改，若设置为0表示不进行检测。
?? “重复地址检测”的工作原理
? 举个例子：我想给我家小狗取名，叫“球球”，但不想和邻居家的小狗重名，于是我大声喊：“球球”。如果没有任何狗狗看过来，那就可以认定此名字没有冲突。
? 专业解释：发送一个地址解析包（Neighbor Solicitation，简称NS），请求解析的地址就是自己的地址，并等待回应，若超时仍未得到回应（Neighbor Advertisement，简称NA），即可认为地址可用。
Step5. “无状态地址自动配置”
（对应抓包图中的No. 5/7/8）
?? 什么是“无状态地址自动配置”
在IPv6中，有2种自动配置IP地址的方法：
? DHCPv6：也叫做“有状态分配”
? SLAAC：“无状态地址自动配置”（Stateless Address Autoconfiguration）
?? SLAAC的作用是什么
? 自动配置IP地址
? 自动配置网关
注：这里说的IP地址，是指“全球单播地址”或者“唯一本地地址”，也就是俗称的公网地址和私网地址。而不是“链路本地地址”。
?? 工作原理
涉及到这2种报文：
? “路由器请求”（Router Solicitation，简称RS）
? “路由器通告”（Router Advertisement，简称RA）
当收到路由器回应的RA报文后，就会根据报文中的IP前缀信息，自动生成IP地址，并将网关指向该路由器的“链路本地地址”。
?? 如何能够收到RA报文呢
有2种办法：
? 路由器定期发送RA报文
? 自己主动发送RS报文，路由器收到后就会立刻回应RA报文
由于本次实验中没有路由器，因此截图中仅能看到主动发送的RS报文，而没有得到回应。
思考题
1?? 在生成“全球单播地址”或“唯一本地地址”之后，还会采用“链路本地地址”做基础通讯吗？
2?? 为什么“多播成员报告”可以减少网络中不必要的多播流量，接入层交换机要进行额外配置吗？
3?? “地址重复”时，是否会自动更换IP？
4?? RA包只能包含一个IP前缀信息吗？一个前缀只能生成一个IP地址吗？生成的地址是什么样的？
5?? 若存在多台路由器，网关会指向谁？
6?? 如果不想自动配置IP，只想手工配置IP，可以忽视RA包吗？如何忽视?
上述问题，将在《IPv6系列》的下一篇文章中进行解答。
附. 实验脚本与抓包文件
# 实验脚本
https://fzxiaomange.com/attachment/ipv6-init.sh
# 抓包文件
https://fzxiaomange.com/attachment/ipv6-init.pcap以上是关于IPv6通讯原理 - 不能忽略的网卡启动过程的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
Spring Cloud启动应用时指定IP或忽略某张网卡配置