IPv6地址获取方式与CH394Q获取全球唯一地址的实现

概述：IPv6是用于解决IPv4网络地址资源不足问题，提出的新的互联网协议。设备在使用IPv6与其他设备通信时，设置ip的方式与IPv4差异在于，IPv4自动获取ip的方式只能依赖与DHCP服务器，但IPv6可以通过stateless autoconfiguration方式自动获取ip地址。
原理：首先每台支持IPv6设备存在两个v6的ip，一个是FE开头的唯一本地地址，用于局域网设备之间的通信;另一个是2或3开头（例如240e：…、2001:…）的全球唯一地址，用来与外网实现数据交互。
唯一本地地址：无状态情况下，一般是通过网卡的MAC地址通过EUI-64的算法来得到唯一本地地址，首先在MAC地址前24位（08-26-AE）与后24位（30-07-19）中间加入16bit（FFFE）转变成0826-AEFF-fe30-0719，此时得到64bit，而EUI-64规范生成的接口标识与前缀都为64bit，符合EUI-64规范。EUI-64规范接口标识需要将第7位进行反转，08=00001000，将8个bit位中的第7位反转，反转后00001010，比如网卡的MAC地址为08-26-AE-30-07-19,则唯一本地地址为FE80::A26:AEFF:FE30:0719，反转U/L位的主要目的是为了使EUI-64地址的本地管理具有更大的压缩性比如两个本地管理的EUI-64 02-00-00-00-00-00-00-01 02-00-00-00-00-00-00-02，如果不对U/L位反转则两个地址对应的链路本地地址为FE80:200:0:0:1和FE80::200:0:0:2，如果通过反转U/L位，两个接口的链路本地地址为FE80::1和FE80::2
全球唯一地址：获取全球唯一地址有三种方式：
方式一：无状态情况下获取全球唯一地址的关键是RA报文，路由器会定期或多播地向其所在链路（如一个 VLAN）发送 RA 报文，这些报文中包含了主机自动配置所需的关键信息，主机收到RA报文后会将报文中的前缀与自行生成的接口标识符结合，形成完整的 IPv6 地址。
RA报文解析如下：

•M位：当M位是1时，告知IPv6主机使用DHCPv6来获取IPv6地址
•O位：当O位是1时，告知IPv6主机使用DHCPv6获取 其他参数信息，如DNS地址信息等。
•路由器生存期(Router lifetime)：用来告知IPv6主机本路由器作为默认网关时的有效期，单位是秒。当该字段值为0时，表示本路由器不能作为默认网关。
主机也可发送路由器请求(Router Solicitor，RS)报文后会触发同网段的路由器立即回复RA报文，以获取前缀信息、MTU信息等，而不用等待路由器周期性地发送RA报文。RS报文格式如下：

工作流程：

• 路由器发送 RA，公告网络前缀（如 240e:479:c10:e3d::/64），并设置 M=0, O=0。
  
• 客户端收到 RA 后，通过 EUI-64 或更常见的隐私扩展算法，自己生成一个 64 位的接口标识符。
  
• 客户端将前缀和接口标识符组合，得到全局 IPv6 地址（如 40e:479:c10:e3d: ec3d:f6fb:596:491/64）。
  
• 客户端执行重复地址检测（DAD），确保地址唯一。
  
• 客户端不会自动获得 DNS 信息。需要通过网络管理员手动配置，或通过如 IPv6 路由公告的 DNS 配置选项（RFC 6106） 来获取（但并非所有系统都支持）。
  

优点：结合了 SLAAC 的简单性和 DHCPv6 在管理 DNS 等方面的便利性，是当前最常用、最推荐的配置。
适用场景：简单网络，或 DNS 通过其他方式（如组策略）下发的环境。
方式二：无状态地址自动配置 + 无状态 DHCPv6，既IPv6 地址通过方式一获取，DNS通过DHCPv6获取。
工作流程：

• 路由器发送 RA，公告网络前缀，并设置 M=0, O=1。
  
• 客户端执行与方式一完全相同的 SLAAC 过程，为自己配置 IPv6 地址。
  
• 由于 O=1，客户端同时会启动一个无状态 DHCPv6 客户端进程。
  
• 客户端向 DHCPv6 服务器请求其他配置信息，但不请求 IP 地址。
  
• DHCPv6 服务器回应，提供 DNS 服务器地址、域名等信息。
  

优点：结合了 SLAAC 的简单性和 DHCPv6 在管理 DNS 等方面的便利性，是当前最常用、最推荐的配置。
方式三：有状态 DHCPv6，
工作流程：

• 路由器发送 RA，公告网络前缀（有时甚至不公告具体前缀，只告知“这里有路由器”），并设置 M=1。
  
• 客户端收到 RA 后，忽略 SLAAC 生成地址的过程（但可能会生成一个链路本地地址）。
  
• 客户端启动一个有状态 DHCPv6 客户端进程。
  
• 客户端向 DHCPv6 服务器请求分配一个完整的 IPv6 地址（就像 IPv4 的 DHCP 一样），同时也会获取 DNS 等其它信息。
  

优点：实现集中化的 IP 地址管理，可以精确知道哪个客户端获得了哪个 IP。
缺点：需要部署和维护 DHCPv6 服务器，失去了 SLAAC 的简洁性。
适用场景：需要严格 IP 地址管理和审计的环境。
CH394Q实现：CH394Q 进入 IPv6 模式后会自动发送 RS（Router Solicitation）包，重传 RCN（重传次数寄存器）次，间隔 RTIME（重传时间寄存器）时间。如果局域网内有路由器回应了正确的 RA（RouterAdvertisement）包，CH394Q 会解析 RA 包数据，将解析出的信息（前缀地址、长度、生存时间等）存入 PA、RAPL、RAPF、RAVLT 等寄存器，并在全局中断寄存器（GINT）中报 RA 接收中断。此时用户可根据前缀信息设置 CH394Q 的全局单播地址。用户也可不使用 RA 信息，自行配置地址。
当 CH394Q 配置完本地链路地址（LLA）后，会自动启动冲突检测流程（DAD）。在 1 秒内，如果检测到对自身 LLA 地址的邻居通告（NA）回复，或收到其他设备发送的使用同一 IP 地址的邻居请求（NS）即表示该地址已被其他设备使用，即确认发生地址冲突，并在全局中断寄存器（GINT）中报地址冲突中断。DAD 过程中（1 秒）Socket 收发操作无效。
实测抓包：

CH394Q获取到的IPv6地址：240e:479:c80:14a4::1234:5
配置信息：
路由前缀长度（RAPL）：64
路由优先级（RAPF）：192
路由有效期（RAVLT）：7200秒

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