8.5 Autoconfiguration：无状态的魔法
上一节我们讲完 ipv6_rcv() 的时候，其实心里悬着一块石头。
如果你跟过我之前的调试步骤，可能会发现一个反直觉的现象：还没等你配置地址，甚至还没等你敲 ip addr add，ip addr show 有时候就已经能显示出 IPv6 地址了——而且是一个长得吓人的 128 位地址。
谁给它配的？没跑 DHCP，也没人手敲，这地址哪儿来的？
这正是 IPv6 最具「黑科技」色彩的特性：Autoconfiguration（自动配置）。在这套机制里，主机可以像个魔法师一样，从空气里变出一个全球唯一的地址。不需要 DHCP 服务器，不需要人工干预，只要网线插上，它自己就能活。
但这套魔法背后有一套严丝合缝的仪式，我们分四步拆解它。
第一阶段：先在本地低调起步
系统启动时，IPv6 协议栈苏醒的第一件事，不是问路由器要地址，而是先给自己造一个「临时身份证」。
这就是链路本地地址。
生成逻辑非常直白：
- 取前缀
fe80::/10（通常写作fe80::/64）。 - 接上自己的接口 ID（通常是 EUI-64 格式的 MAC 地址）。
此时，这个地址在内核内部会被打上一个标记：IFA_F_TENTATIVE（试探性）。
这个标签至关重要。
在这个状态下，接口虽然有了地址，但它是「残疾」的——它不能收发普通流量，只能处理邻居发现协议的消息。
为什么？因为这就好比你走进房间大喊一声「我叫张三」，在你确信屋里没有另一个「张三」之前，你不敢真的以这个名字开展社交。这就是 DAD（Duplicate Address Detection，重复地址检测）的职责，我们在邻居发现那一章已经详细折腾过这个机制了。
只有当 DAD 通过，IFA_F_TENTATIVE 标志被移除，这个地址才能真正上岗。
⚠️ 踩坑预警 如果 DAD 失败（检测到地址冲突），自动配置过程会直接终止。内核不会给你分配第二个地址，也不会报错，只会静默失败。这时候你只能手动配置，或者换个 MAC 地址。 这在虚拟机克隆场景里特别容易出现——两台虚拟机 MAC 一样，IPv6 地址就撞了，结果谁也连不上，连 ping 都不通，看起来就像网卡坏了。
第二阶段：寻找指路人
一旦链路本地地址确立了（证明「我是唯一的」），如果这台机器不是路由器，它就会开始寻找出口。
在这个阶段，主机会有个明确的需求：我想知道外面的网络长什么样，有没有前缀给我用？
它不会干等，而是主动向链路上喊话。它在内核里会调用 ndisc_send_rs() —— 发送 Router Solicitation（路由器请求） 消息。
- 目标地址：
ff02::2（所有路由器的组播地址）。 - 协议类型：ICMPv6，Type 为
NDISC_ROUTER_SOLICITATION (133)。
这一步就像是主机在走廊里喊了一嗓子：「这儿有台机器需要上网，有没有路由器听到？」
第三阶段：路由器的布道
路由器听到了。作为回应，它会发送 Router Advertisement（路由器公告） 消息。
- 源地址：路由器的链路本地地址。
- 目标地址：
ff02::1（所有主机的组播地址）。 - 协议类型：ICMPv6，Type 为
NDISC_ROUTER_ADVERTISEMENT (134)。
在 Linux 环境里，这个「喊话」的角色通常由一个叫 radvd 的用户空间守护进程来扮演。
你可以在路由器上装一个 radvd，配置文件里写上你想广播的前缀（比如 2001:db8:abcd::/64）。radvd 会做两件事：
- 定期广播：每隔一段时间就往
ff02::1发 RA，告诉新来的机器「这是我的地盘，前缀是这个」。 - 响应请求：监听
ff02::2，一旦听到 RS 请求，立马回一个 RA。
这个 RA 消息是整个自动配置的核心。它手里攥着主机最想要的两样东西：
- Prefix Information（前缀信息）：比如
2001:db8:abcd::/64。 - 各种标志位：告诉主机「你能用我给你的前缀自己配地址（无状态）」，还是「必须去找 DHCPv6 服务器（有状态）」。
第四阶段：地址合成与「隐私模式」
主机收到 RA 后，看到里面的前缀，心里就有底了。
它现在干的事就是简单的拼装：
IPv6 Address = Prefix (from RA) + Interface ID
- Prefix：由路由器指定（必须 64 位）。
- Interface ID：通常是自己的 MAC 地址（EUI-64）。
拼出来的就是一个全球单播地址。
但是，这里有个隐患。
如果你的 Interface ID 直接用 MAC 地址，那么你走到哪儿，你的 IPv6 地址的后 64 位都不变。这意味着 Google、广告商甚至隔壁老王，只要看你发出的 IPv6 包，就能追踪你的物理设备——你换个 Wi-Fi，前缀变了，但后 64 位还在，依然认出是你。
为了解决这个问题，Linux 引入了 Privacy Extensions（隐私扩展）（内核配置 CONFIG_IPV6_PRIVACY）。
开启这个功能后，内核在生成 IPv6 地址时，会在前缀后面加上一个随机生成的 Interface ID，而不是 MAC 地址。
这带来两个好处：
- 外界无法通过 IPv6 地址反推你的 MAC 地址。
- 这个临时地址会定期过期并生成新的，追踪难度极大。
回到我们的类比：
之前把自动配置比作「办身份证」。
普通模式：你的身份证号永远是
110101[你的MAC地址]，不管你搬哪儿去，后半截都不变，谁都能查你的档案。隐私模式：你每到一个新地方，就给自己起个新名字，比如
110101[随机字符串]。在这个地方（这个前缀下）大家认识你，但等你下次再搬走，谁也不知道刚才那个「随机字符串」是你。
时间的艺术：Lifetime（生命周期）
自动配置出来的地址不是永久的，它带有严格的生命倒计时。在 RA 消息里，路由器会给每个前缀挂上两个时间参数：
-
Valid Lifetime（有效生命周期）：
- 这是这个地址的「保质期」。
- 倒计时结束，这个地址会被内核直接删除，从接口上消失。
- 在过期之前，已经建立的 TCP 连接还可以继续用，但新连接不能再用这个地址了。
-
Preferred Lifetime（首选生命周期）：
- 这比 Valid Lifetime 要短。
- 倒计时一结束，这个地址就进入「 Deprecated」状态。
- 这时候，系统不会再主动用这个地址发起通信（比如你想
ping6别人，系统不会选这个地址作为源地址），但别人发给这个地址的包，你还是会收（为了维持现有连接）。
在内核的 inet6_ifaddr 结构体（include/net/if_inet6.h）里，这两个参数对应 valid_lft 和 prefered_lft 字段。
这两个设计是为了支持 Renumbering（重编号）。
想象一下，你是全网管，想换掉整个公司的 IPv6 前缀（比如换了个 ISP）。你不用去每台机器上敲命令。
你只需要在 radvd 配置里：
- 加上新前缀，给它设置很长的 Lifetime。
- 把旧前缀的 Lifetime 设得很短（或者设为 0）。
主机们收到新的 RA 后，会自动：
- 让旧地址慢慢过期。
- 配上新地址。
- 后续的流量平滑切换到新地址上。
这就是 RFC 4192 描述的无缝重编号过程。
无状态 vs. 有状态（DHCPv6）
到目前为止，我们说的都是 Stateless Address Autoconfiguration（SLAAC，无状态自动配置）。它的核心特点是：路由器只管广播前缀，主机自己算地址。路由器不需要记谁用了哪个地址——它是「无状态」的。
但有时候，网络管理员（也就是你）想要更精细的控制。你想知道谁拿了哪个 IP，或者想强制下发 DNS 服务器地址（RA 虽然也能下 DNS，但不是所有场景都支持）。
这时候就需要 DHCPv6 登场了。
- Stateful（有状态）：主机从 DHCPv6 服务器拿地址，服务器有个数据库记录了
MAC -> IP的映射。这就像 IPv4 的老路子。 - Stateless（无状态）：主机还是自己算地址，但可以通过 DHCPv6 拿点别的配置信息（比如 DNS）。这叫「无状态 DHCPv6」。
内核如果收到 RA 里带有「Managed」标志（M flag），它就会明白：「这地方得找 DHCPv6 服务器拿地址」，然后才会去启动 DHCPv6 客户端。
小结一下
这一节我们走完了 IPv6 主机从「裸机」到「联网」的全过程：
- 自我主张：生成链路本地地址，并通过 DAD 确认唯一性。
- 寻找路标：发送 RS 请求路由器。
- 接收施舍：接收 RA，获取前缀。
- 组装身份：前缀 + Interface ID（可选隐私扩展）生成全球单播地址。
- 生老病死：随着 Preferred/Valid Lifetime 的推移，地址自然老化或更新。
现在，你的机器已经有一个合法的、可路由的 IPv6 地址了。
网线插好了，地址有了。
接下来，当一个真正的 IPv6 数据包从外面进来时，内核该怎么处理它？下一节，我们将深入 ipv6_rcv() 的内部，去看看接收路径上那些被我们略过的细节。