IPV6协议之DHCPV6

背景：

IPv6动态主机配置协议DHCPv6(Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6)是针对IPv6编址方案设计， 为主机分配IPv6地址/前缀和其他网络配置参数。

IPv6协议具有地址空间巨大的特点，但同时长达128比特的IPv6地址又要求高效合理的地址自动分配和管理策略。IPv6无状态地址配置方式是目前广泛采用的IPv6地址自动配置方式。配置了该协议的主机只需相邻设备开启IPv6路由通告功能，即可以根据通告报文包含的前缀信息自动配置本机地址。

无状态地址配置方案中设备并不记录所连接的IPv6主机的具体地址信息，可管理性差。而且当前无状态地址配置方式不能使IPv6主机获取DNS服务器的IPv6地址等配置信息，在可用性上有一定缺陷。对于互联网服务提供商来说，也没有相关的规范指明如何向设备自动分配IPv6前缀，所以在部署IPv6网络时，只能采用手动配置的方法为设备配置IPv6地址。

DHCPv6技术解决了这一问题。DHCPv6属于一种有状态地址自动配置协议。

与其他IPv6地址分配方式（手工配置、通过路由器通告消息中的网络前缀无状态自动配置等）相比， DHCPv6具有以下优点：

1. 更好地控制IPv6地址的分配。DHCPv6方式不仅可以记录为IPv6主机分配的地址，还可以为特定的IPv6 主机分配特定的地址，以便于网络管理。
2. DHCPv6支持为网络设备分配IPv6前缀，便于全网络的自动配置和网络层次性管理。
3. 除了为IPv6主机分配IPv6地址/前缀外，还可以分配DNS服务器IPv6地址等网络配置参数。

一、DHCPV6概述

DHCPv6是一种运行在客户端和服务器之间的协议，与IPv4中的DHCP一样，所有的协议报文都是基于UDP 的。但是由于在IPv6中没有广播报文，因此DHCPv6使用组播报文，客户端也无需配置服务器的IPv6地址。

• 客户端侦听的UDP目的端口号是546。
• 服务器、中继代理侦听的UDP端口号是547。

IPv6协议具有地址空间巨大的特点，但同时长达128比特的IPv6地址又要求高效合理的地址自动分配和管理策略。

目前IPv6地址的分配方法有以下几种：

• 手动配置。手动配置IPv6地址/前缀及其他网络配置参数（DNS、NIS、SNTP服务器地址等参数）。
• 无状态自动地址分配。由接口ID生成链路本地地址，再根据路由通告报文RA（Router Advertisement）包含的前缀信息自动配置本机地址。
• 有状态自动地址分配，即DHCPv6方式。DHCPv6又分为如下两种:

1、DHCPv6有状态自动分配。DHCPv6服务器自动分配IPv6地址/PD前缀及其他网络配置参数 （DNS、NIS、SNTP服务器地址等参数）。

2、DHCPv6无状态自动分配。主机IPv6地址仍然通过路由通告方式自动生成，DHCPv6服务器只分配 除IPv6地址以外的配置参数，包括DNS、NIS、SNTP服务器等参数—无状态前面已经介绍过，不 在此赘述。

DHCPv6基本协议架构中，主要包括以下三种角色：

DHCPv6 Client：

DHCPv6客户端，通过与DHCPv6服务器进行交互，获取IPv6地址/前缀和网络配置信息，完成自身的地址配置功能。

DHCPv6 Relay：

DHCPv6中继代理，负责转发来自客户端方向或服务器方向的DHCPv6报文，协助DHCPv6客户端和 DHCPv6服务器完成地址配置功能。一般情况下，DHCPv6客户端通过本地链路范围的组播地址与 DHCPv6服务器通信，以获取IPv6地址/前缀和其他网络配置参数。如果服务器和客户端不在同一个链路范围内，则需要通过DHCPv6中继代理来转发报文，这样可以避免在每个链路范围内都部署DHCPv6服务器，既节省了成本，又便于进行集中管理。

DHCPv6基本协议架构中，DHCPv6中继代理不是必须的角色。如果DHCPv6客户端和DHCPv6服务器位 于同一链路范围内，或DHCPv6客户端和DHCPv6服务器直接通过单播交互完成地址分配或信息配置的 情况下，是不需要DHCPv6中继代理参与的。只有当DHCPv6客户端和DHCPv6服务器不在同一链路范围内，或DHCPv6客户端和DHCPv6服务器无法单播交互的情况下，才需DHCPv6中继代理的参与。

DHCPv6 Server：

DHCPv6服务器，负责处理来自客户端或中继代理的地址分配、地址续租、地址释放等请求，为客户端分配IPv6地址/前缀和其他网络配置信息。

二、DHCPV6工作原理

和DHCPV4协议类似,DHCPV6也需要协商一些报文参数用来地址的下发。

DHCPV6四步交互（当网络环境中存在多个DHCPV6服务端）：
步骤报文发送方目标功能
第

一

步

DHCPV6

solicit

DHCPV6

客户端

DHCPV6

服务端

或者

DHCPV6

服务器

代理

类似DHCPV4的discover报文，用来定位DHCPV6服务器，因为DHCPV6没有广播，所以采用组播FF02::1:2 （All DHCP Relay Agents and Servers）：所有DHCPv6服务器和中继代理的组播地址，这个地址是链路范围的，用于客户端和相邻的服务器及中继代理之间通信。所有DHCPv6服务器和中继代理都是该组的成员。

第

二

步

DHCPV6

advertise

DHCPV6

服务端

DHCPV6

客户端
类似DHCPV4的Offer报文，DHCPv6服务器发送Advertise报文来对Solicit报文进行回应，宣告自己能够提供DHCPv6服务。因为四步交互常用于网络环境存在多个服务端的情况，所以实际上客户端往往会收到多个advertise报文，此时客户端需要根据advertise报文中携带的服务器优先级等参数，选择其中一个。
第

三

步

DHCPV6

request

DHCPV6

客户端

DHCPV6

服务端
客户端收到advertise报文后，会发送requset报文请求 一个IPV6地址，这里同样采用组播发送给所有的服务端。值得注意的是该报文中携带已选择的DHCPv6服务 器的DUID。 含义1：告知其中一个服务器，我选择了你 ，并向其请求IPV6地址 含义2：告知网络中其他服务器，我选择了其他服务器。
第

四

步

DHCPV6

reply

DHCPV6

服务端

DHCPV6

客户端
类似DHCPV4的ACK，DHCPv6服务器回复Reply报文，确认将地址和网络配置参数分配给客户端使用。

同时，DHCPV6设计了一个两步交互的过程，用来当网络中仅存在一个DHCPV6服务器的情况，加快下发地址的速度。

DHCPv6两步交互地址分配过程如下：

1. DHCPv6客户端在发送的Solicit报文中携带Rapid Commit选项，标识客户端希望服务器能够快速为其分配地址和网络配置参数。

2. DHCPv6服务器接收到Solicit报文后，将进行如下处理：

• 如果DHCPv6服务器支持快速分配地址，则直接返回Reply报文，为客户端分配IPv6地址和其他网络配置参数，Reply报文中也携带Rapid Commit选项。
• 如果DHCPv6服务器不支持快速分配过程，则采用四步交互方式为客户端分配IPv6地址/前缀和其他网络配置参数。

DHCPV6无状态自动分配

IPv6节点可以通过DHCPv6无状态方式获取配置参数（包括DNS、SIP、SNTP等服务器配置信息，不包括IPv6地址）。IPV6地址通过链路无状态规则自动生成。

DHCPV6无状态工作过程如下：

1. DHCPV6客户端以组播方式向DHCPV6服务器发送information request报文，该报文中携带option request选项，指定DHCPV6客户端需要从DHCPV6服务器获取的配置参数。
2. DHCPV6服务器收到information request报文后，为DHCPV6客户端分配网络配置参数，并单播发送relay报文，将网络配置参数返回给DHCPV6客户端。客户端根据收到的参数完成配置。

三、DHCP基础配置

服务端

配置DHCPV6 DUID—DUID即DHCPv6设备唯一标识符，每个服务器或客户端有且只有一个唯一标识符，服务器使用DUID来识别不同的客户端，客户端则使用DUID来识别服务器。

操作步骤：

sys
[DHCP]dhcpv6 duid ?
ll DUID-LL
llt DUID-LLT—配置设备的DUID，默认情况下采用ll标准，生成DUID

参数参数说明取值ll指定设备采用链路层地址（即MAC 地址）方式生成DUID。-llt指定设备采用链路层地址（即MAC 地址）加时间的方式生成DUID。-duid指定设备的DUID。偶数位长度的十六进制字符串，长度范围是8～28， 仅可以配置为包含0～9、A～F和a～f的组合。
配置IPV6地址池—DHCPv6服务器需要从地址池中选择合适的IPv6地址分配给DHCPv6客户端，用户需要创建地址池并配置IPv6地址池的相关属性，包括地址范围、配置信息刷新时间、不参与自动分配的IPv6地址以及静态绑定的IPv6地址。根据客户端的实际需要，IPv6地址分配方式可以选择动态分配或静态绑定方式。

执行步骤：DHCPV6有状态自动分配IP

[DHCP]ipv6 —全局激活IPV6
[DHCP]int GigabitEthernet 0/0/0—进入接口
[DHCP-GigabitEthernet0/0/0]ipv6 enable —接口激活IPV6
[DHCP-GigabitEthernet0/0/0]ipv6 address 2000::1 64—配置接口IPv6地址
[DHCP]dhcp enable —启动DHCP服务
[DHCP]dhcpv6 pool aaa —配置DHCPV6地址池名称，同时进入DHCPV6视图
[DHCP-dhcpv6-pool-aaa]address prefix 2000::/64 ?
life-time Lifetime—可选，更改默认生命周期，默认有效生命周期默认值为172800s，即2天，值得注
意的是DHCPV6存在两个时间，一个是默认生命周期，一个是优先生命周期，优先生命周期默认为
86400，即一天

Please press ENTER to execute command —配置下发地址的网络前缀，类似IPV4地址的网络
位。
[DHCP-dhcpv6-pool-aaa]excluded-address 2000::1 —从地址池中排错某些地址，这里需要排除
2000::1，因为这是网关的接口地址。
[DHCP-dhcpv6-pool-aaa]dns-server 2400:3200::1—分配IPV6的dns服务器—此为阿里免费dnsV6地
址
[DHCP-GigabitEthernet0/0/0]dhcpv6 server aaa—接口绑定DHCPV6地址池
—对于PC而言，获取IPV6地址是通告IPV6协议，所以需要开启RA路由器通告功能，并且IPV6报文中需
要携带两种标志

四、DHCPV6地址更新时间（DHCPV4租期）

DHCPv6服务器为DHCPv6客户端分配的地址是有租约的，租约由生命期（包括地址的首选生命期和有效生命期构成）和续租时间点（IA的T1、T2）构成。地址有效生命期结束后，DHCPv6客户端不能再使用该地址。在有效生命期到达之前，如果DHCPv6客户端希望继续使用该地址，则需要更新地址租约。

DHCPv6客户端为了延长其与IA关联的地址的有效生命期和首选生命期，在T1时刻，发送包含IA选项的Renew报文给服务器，其中IA选项中携带需要续租的IA地址选项。如果DHCPv6客户端一直没有收到T1时刻续租报文的回应报文，那么在T2时刻，DHCPv6客户端通过Rebind报文向DHCPv6服务器继续续租地址。

T1时刻地址租约更新过程如下：

1. DHCPv6客户端在T1时刻（推荐值为优先生命期的0.5倍）发送Renew报文进行地址租约更新请求，默认情况下，也就是当时间来到12h时将来到T1时刻。

2. DHCPv6服务器回应Reply报文。

• 如果DHCPv6客户端可以继续使用该地址，则DHCPv6服务器回应续约成功的Reply报文，通知DHCPv6客户端已经成功更新地址租约。
• 如果该地址不可以再分配给该DHCPv6客户端，则DHCPv6服务器回应续约失败的Reply报文，通知DHCPv6客户端不能获得新的租约。

T2时刻地址租约更新过程如下：

1. DHCPv6客户端在T1时刻发送Renew请求更新租约，但是没有收到DHCPv6服务器的回应报文。

2. DHCPv6客户端在T2时刻（推荐值为优先生命期的0.8倍），向所有DHCPv6服务器组播发送Rebind报文请求更新租约。

3. DHCPv6服务器回应Reply报文。

• 如果DHCPv6客户端可以继续使用该地址，则DHCPv6服务器回应续约成功的Reply报文，通知 DHCPv6客户端已经成功更新地址/前缀租约。
• 如果该地址不可以再分配给该DHCPv6客户端，则DHCPv6服务器回应续约失败的Reply报文，通知DHCPv6客户端不能获得新的租约。

如果DHCPv6客户端没有收到DHCPv6服务器的应答报文，则到达有效生命期后，DHCPv6客户端停止使用该地址。

五、DHCPV6一些常用参数基本概念

DHCPV6组播

在DHCPv6协议中，客户端不用配置DHCPv6 Server的IPv6地址，而是发送目的地址为组播地址的 Solicit报文来定位DHCPv6服务器。

在DHCPv4协议中，客户端发送广播报文来定位服务器。为避免广播风暴，在IPv6中，已经没有了广播类型的报文，而是采用组播报文。DHCPv6用到的组播地址有两个：

1. FF02::1:2（All DHCP Relay Agents and Servers）：所有DHCPv6服务器和中继代理的组播地 址，这个地址是链路范围的，用于客户端和相邻的服务器及中继代理之间通信。所有DHCPv6服务器和中继代理都是该组的成员。
2. FF05::1:3（All DHCP Servers）：所有DHCPv6服务器组播地址，这个地址是站点范围的，用于中继代理和服务器之间的通信，站点内的所有DHCPv6服务器都是此组的成员。

UDP端口号

• DHCPv6报文承载在UDPv6上。
• 客户端侦听的UDP目的端口号是546。
• 服务器、中继代理侦听的UDP端口号是547。

DHCP唯一标识符（DUID）

• DHCP设备唯一标识符DUID（DHCPv6 Unique Identifier），每个服务器或客户端有且只有一个唯一标识符，服务器使用DUID来识别不同的客户端，客户端则使用DUID来识别服务器。
• 客户端和服务器DUID的内容分别通过DHCPv6报文中的Client Identifier和Server Identifier选项来 携带。两种选项的格式一样，通过option-code字段的取值来区分是Client Identifier还是Server Identifier选项。

身份联盟（IA）

• 身份联盟IA（Identity Association）是使得服务器和客户端能够识别、分组和管理一系列相关 IPv6地址的结构。每个IA包括一个IAID和相关联的配置信息。
• 客户端必须为它的每一个要通过服务器获取IPv6地址的接口关联至少一个IA。客户端用给接口关联的IA来从服务器获取配置信息。每个IA必须明确关联到一个接口。
• IA的身份由IAID唯一确定，同一个客户端的IAID不能出现重复。IAID不应因为设备的重启等因素发生丢失或改变。
• IA中的配置信息由一个或多个IPv6地址以及T1和T2生存期组成。IA中的每个地址都有首选生存期和有效生存期。
• 一个接口至少关联一个IA，一个IA可以包含一个或多个地址信息。

六、DHCPV6拓展报文

字段含义：
字段
长

度
含义msg-type
1

字

节
表示报文的类型，取值为1～13，具体请参见DHCPv6报文类型。transaction-ID
3

字

节
DHCPv6交互ID，也叫事务ID，用来标识一个来回的DHCPv6报文交互。例如 Solicit/Advertise报文为一个交互。Request/Reply报文为另外一个交互，两者有不同的事务ID。 交互ID特点如下：交互ID是DHCPv6客户端生成的一个随机 值，DHCPv6客户端应当保证交互ID具有一定的随机性。对于DHCPv6服务器响应报文和相应的请求报文，两者交互ID保持一致。如果是DHCPv6服务器主动发起的会话报文，则交互ID为0。options
可

变
表示DHCPv6的选项字段。此字段包含了DHCPv6服务器分配给IPv6主机的配置 信息，如DNS服务器的IPv6地址等信息。
**DHCP报文类型： **

目前DHCPv6定义了如下十三种类型报文，DHCPv6服务器和DHCPv6客户端之间通过这十三种类型的报文进行通信，下表记录部分报文和DHCPV4的比较。

报

文

类

型
DHCPV6报文DHCPV4报文说明1SOLICIT
DHCP

DISCOVER
DHCPv6客户端使用Solicit报文来确定DHCPv6服务器的位置。2ADVERTISE
DHCP

OFFER
DHCPv6服务器发送Advertise报文来对Solicit报文进行回应，宣告自己能够提供DHCPv6服务。3REQUEST
DHCP

REQUEST
DHCPv6客户端发送Request报文来向DHCPv6服务器请求 IPv6地址和其它配置信息。4CONFIRM-DHCPv6客户端向任意可达的DHCPv6服务器发送Confirm 报文检查自己目前获得的IPv6地址是否适用与它所连接的链路。5RENEW
DHCP

REQUEST
DHCPv6客户端向给其提供地址和配置信息的DHCPv6服务 器发送Renew报文来延长地址的生存期并更新配置信息。6REBIND
DHCP

REQUEST
如果Renew报文没有得到应答，DHCPv6客户端向任意可达的DHCPv6服务器发送Rebind报文来延长地址的生存期并更新配置信息。7REPLY
DHCP

ACK/NAK
DHCPv6服务器在以下场合发送Reply报文：DHCPv6服务器发送携带了地址和配置信息的Reply消息来回应从 DHCPv6客户端收到的Solicit、Request、Renew、Rebind 报文。DHCPv6服务器发送携带配置信息的Reply消息来回 应收到的Information-Request报文。用来回应DHCPv6客户端发来的Confirm、Release、Decline报文。8RELEASE
DHCP

RELEASE
DHCPv6客户端向为其分配地址的DHCPv6服务器发送 Release报文，表明自己不再使用一个或多个获取的地址。9DECLINE
DHCP

DECLINE
DHCPv6客户端向DHCPv6服务器发送Decline报文，声明 DHCPv6服务器分配的一个或多个地址在DHCPv6客户端所 在链路上已经被使用了。10RECONFIGURE-在链路上已经被使用了。 10 RECONFIGURE - DHCPv6服务器向DHCPv6客户端发送Reconfigure报文， 用于提示DHCPv6客户端，在DHCPv6服务器上存在新的网络配置信息。11
INFORMATION-

REQUEST

DHCP

INFORM
DHCPv6客户端向DHCPv6服务器发送InformationRequest报文来请求除IPv6地址以外的网络配置信息。12
RELAY-FROM
-中继代理通过Relay-Forward报文来向DHCPv6服务器转发DHCPv6客户端请求报文。13RELAY-REPL-DHCPv6服务器向中继代理发送Relay-Reply报文，其中携带了转发给DHCPv6客户端的报文。