提起IPv6,很多人的第一反应是,128位的地址长度,可以为地球上的每一粒沙子都分配IP。IPv4地址不够用了,所以要升级IPv6。
实际上,IPv6改变的不只是IP地址长度,更重要的是地址的分配方式。
IPv4时代,网络负责“发地址”
回头看IPv4,会发现那时候的地址管理要简单得多。
如果你用过早年的家庭宽带,那一定对这个过程不陌生:打开电脑,点击“宽带连接”,输入账号密码,然后等待“正在连接……”
过去的拨号连接界面
拨号,拿到IP地址,然后就能上网。
DHCP更直接,电脑插上网线,手机连上WiFi,DHCP服务器会自动给你分配IP地址、网关地址、DNS、租约时间等信息,整个过程几乎无感。 无论DHCP还是PPPoE,终端都只是一个被动的接受者,网络分配什么地址,它就用什么地址。
因为在IPv4时代,地址太少了,公网IP更是稀缺资源。 于是,为了省地址,网络设备需要作为一个中心化的“包办者”,精打细算一个个安排。
轮到IPv6,网络开始“发前缀”
到了IPv6时代,地址终于不再稀缺,这时候,网络也不用再抠抠搜搜的了。 如果说IPv4是零售,一次发一个地址;那么IPv6就是批发,一次发一整个网段。 这就引出了IPv6中一个核心概念:前缀(Prefix)。 简单来说,前缀就是一整个公网网段。
IPv4时代,运营商通常只给用户一个或几个公网IP,内网设备通过NAT共享这个公网IP上网。 但在IPv6时代,每一个终端都可以有自己的公网IP,在家庭宽带、园区网络等场景中,运营商通常会通过DHCPv6-PD(Prefix Delegation,前缀委派),直接把一整个公网IPv6前缀,委托给你的出口网关,例如:240e:xxxx:xxxx::/56。 DHCPv6-PD前缀委派示意
至于这个网段里的具体地址,出口网关可以选择不用继续包办,而是把地址生成这件事交给终端自己完成。
真正的变化,正是从这里开始。
当终端开始自己生成地址
IPv4时代,网络设备会直接告诉终端:
“你的IP是192.168.1.10”
而到了IPv6,很多时候网络设备不会直接发完整地址,它只会告诉终端:
“这段前缀归你使用” 至于具体地址是多少,由终端自己生成。
这就是IPv6最具代表性的机制之一——SLAAC(Stateless Address Autoconfiguration,无状态地址自动配置)。
在SLAAC模式下,路由设备会通过RA(路由通告)不断向局域网广播可用前缀。 终端收到前缀后,再自行生成完整的IPv6地址。 SLAAC工作原理示意
整个过程中,网络并不需要记录“哪个地址分给了谁”,因此被称为“无状态”。与之相对,DHCP会记录地址租约信息,就是有状态的(Stateful)。
那地址后半部分是如何生成的呢? 常见的方式主要有两种:
EUI-64:基于MAC地址生成固定后缀;
隐私扩展:随机生成后缀并定期变化。
讲到这里,IPv4和IPv6地址管理方式的区别就非常明显了。
对比项 IPv4 IPv6(SLAAC) 核心资源 IP地址 前缀 分配方式 一个个分配 前缀通告 网络角色 地址分配者 规则发布者 终端角色 被动接收 自主生成 内网模型 私网地址 + NAT 原生公网 设计理念 中心化管理 分层委派 + 终端自治
SLAAC作为IPv6原生的地址分配方式,即插即用,让每一台终端一接入,就拥有了天然跨越NAT枷锁的公网身份。
既然有DHCPv6,为什么SLAAC更常用?
看到这里,有人可能就会说了:不是还有DHCPv6吗,为什么不继续沿用IPv4时代的统一分配模式?
答案很简单,现实环境决定了SLAAC成为主流。
的确,IPv6中有两套不同的地址分配机制,SLAAC和有状态的DHCPv6。 有状态的DHCPv6像IPv4中的DHCP一样,统一分配地址并记录租约信息。 有状态的DHCPv6工作原理示意
有状态=确定性,对于企业、高校这类需要统一管理、有强审计需求的网络来说,这种有状态的管理方式非常有价值。
但问题在于,不是所有的终端都支持有状态的DHCPv6。 最典型的就是Android,出于对隐私保护和即插即用理念的坚持,谷歌官方在Android中,至今没有加入对有状态DHCPv6协议的支持。 早在2012年就有需求提出,但状态仍为“Won't Fix”
因此,为了照顾庞大的Android用户群体,在大多数网络中,终端的地址分配方式还是RA + SLAAC为主;只有一些需要严格审计/管理的网络中,才会使用有状态的DHCPv6。
IPv6落地,难的不只是地址
SLAAC、DHCPv6、前缀委派……
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写在最后 从“发地址”到“发前缀”,从“统一分配”到“终端自治”,IPv6改变的不只是地址空间,更是整个网络的组织方式。 理解这些变化,或许才是真正理解IPv6的开始。