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：
- 1⃣ 在ns1里启动网卡，但不抓包查看
- 2⃣ 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
- 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?
- 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?
- “地址重复”时，是否会自动更换IP?
- 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?
- 若存在多台路由器，网关会指向谁?
- 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
