本文从实际家庭网络环境出发，探索分析实际家庭宽带网络中设备的IPv6分配情况及原理。
Part 01
背景
2021年，工信部和中央网信办联合印发《IPv6流量提升三年专项行动计划（2021-2023年）》，强调“新开通家庭宽带、企业宽带和专线业务应支持IPv6”，对于运营商而言，随着IPv6的发展和演进，上到业务、内容，下到终端，都面临一些调整，其中，终端设备能否具备IPv6的能力是完成行动计划的关键因素之一。
(相关资料图)
Part 02
家庭场景的组网现状
对于新开通的家庭宽带用户，运营商将派遣工作人员安装智能网关（光猫）完成入户安装及调试工作，智能网关作为宽带的入口，其LAN侧支持下挂路由器或终端设备。从相关规范来看，中国移动目前入库的家庭网关均支持IPv6地址的获取及分发能力，但由于家庭场景的组网存在个性化的差异，实际终端侧还无法100%覆盖IPv6能力。
图1 “中国移动智能家庭网关技术规范”-IPv6地址管理要求
在家庭网络中，家庭宽带中网络潜在场景主要有以下 5 种：
（1）设备直连光猫，光猫为路由模式，这种场景下设备向光猫获取 IPv4/IPv6地址；
（2）设备接入路由器，光猫为路由模式，这种场景下路由器向光猫获取 IPv6前缀，由路由器向下挂设备分配 IPv6 地址；
（3）设备接入路由器，光猫为桥接模式，这种场景下路由器向通过 PPPoE拨号，申请 IPv6 前缀，由路由器向下挂设备分配 IPv6 地址；
（4）设备接入路由器，光猫为路由模式，路由器不支持 IPv6，这种场景下路由器向光猫获取 IPv4 地址，下挂设备无法获取 IPv6 地址；
（5）设备接入路由器，光猫为桥接模式，路由器不支持 IPv6，这种场景下路由器通过 PPPoE 拨号获取 IP 地址，下挂设备无法获取 IPv6 地址。
其中场景2是最典型的家宽网络环境，场景4和5因路由器不支持IPv6，下挂的智能家居设备无法分配到IPv6地址。因此，路由器的IPv6能力对家庭场景的IPv6推进有很大的影响。
那么，如何通过智能网关，向路由器、终端分配IPv6地址呢？这里将结合IPv6的概念来详细说明。
Part 03
IPv6概念说明
3.1 DHCP-PD
DHCP-PD（Prefix
Delegation，前缀分配）是DHCPv6的扩展，传统的DHCPv6将地址等网络配置参数从服务器端传递给IPv6客户主机，而DHCPv6-PD实现前缀分配，即PD服务器端将一个子网范围的前缀地址段以及DNS等其他网络配置信息下发给PD客户端，这就意味PD服务器下发的是一个“子网地址段”，而不是具体可以直接供主机使用的IPv6地址。
3.2 SLAAC（IETF RFC4862）
SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration，无状态地址自动配置）。SLAAC技术是自动获取IP地址的技术，在IPv6中，除了配置使用DHCPv6外，还支持使用SLAAC技术获取IPv6地址，以达到设备即插即用的效果。
SLAAC的实现依托于NDP协议中的RS报文和RA报文。在IPv6的NDP协议中，共有五种报文，而RS报文，即Router Solicitation，路由器请求报文，RA报文，即Router Advertisement，路由器公告报文。
Part 04
家庭宽带IPv6地址分配
结合家庭中的组网环境，BRAS是IPv6地址的分配者，能根据设备能力和实际配置规模设置地址池大小。
图2 家庭宽带IPv6地址分配流程
针对家庭宽带设备类型，BRAS通过SLAAC方式，向PC终端分配/64的IPv6地址，向家庭网关分配WAN口/64地址，LAN口/60地址。实际配置中，各省公司可根据业务发展和设备配置情况，配置地址池容量。
家庭网关下挂设备，其WAN口通过SLAAC或DHCPv6协议配置IPv6地址，具体方式视厂商实现而定。LAN口前缀在第64位和家庭网关LAN口前缀存在一些差异，相当于路由器基于/64前缀再次进行了细分，便于向下分配前缀地址，分配方式支持手动配置、SLAAC和DHCPv。
终端设备接入路由器后，通过手动配置、SLAAC或DHCPv6获取IPv6地址。
Part 05
抓包分析
如上所述，终端接入家庭宽带网络中时，涉及到了几个重要IPv6地址的知识，通过抓包分析能清晰理解IPv6地址的分配步骤。
步骤1：终端设备刚接入家庭网络，设备还未分配ipv6地址，因此结合终端mac地址生成一个本地链路地址，该地址为tentative状态，即未经地址冲突检测后，通过::/128发起组播，链路上所有的节点都会收到NS报文，实现地址冲突检测过程。若收到其它站点回应的NA，证明该地址不可用。抓包发现确实没有该响应包。
图3 生成本地链路地址
步骤2：结合本地前缀，主机生成的本地链路地址fe80::818:5ed6:27bc:59bd，向路由器发起RS消息申请RA，向链路中所有路由器通知本地IPv6路由器需要RA；
图4 RS请求
步骤3：从路由器反馈RA信息包括前缀、MTU、DNS服务器信息；
运营商前缀：2409:8a28:ec1:a080::/64，Valid Lifetime：7200s，Preferred Lifetime：3600s
图5 RA响应
主机基于将反馈的RA信息，生成全局单播IPv6地址（GUA），除64位的网络前缀之外，还需要一个64为接口ID来创建全局单播地址。
步骤4：配置后，主机需要验证IPv6地址是唯一的，这里主机会采用一种特殊构造的多播地址发送ICMPv6邻居请求消息，该地址称为请求节点组播地址，复制主机最后24位，来确定地址唯一，上述过程称为DAD（重复地址检测）。
图6 IPv6地址重复检测
至此，终端设备完成IPv6地址的获取。
Part 06
总结
本文从实际家庭网络环境出发，探索分析实际家庭宽带网络中设备的IPv6分配情况及原理，下篇将探讨IPv6实际可用性和安全分析，敬请期待。
