奇奇怪怪的 IPv6 地址

背景

最近在给 Kata Containers 适配 IPv6 网络。在 IPv4 的场景下，runtime 会把主机（host）路由直接镜像给容器（guest）。在我刚开始的实现中，保留了镜像这一操作，但观察到了更新路由失败的情况。在经过对比后，定位到添加失败的两条路由是： "FE80::/64" 和 "FF00::/8"。我慢慢发现了 IPv6 不仅是地址规则与 IPv4 不同，很多底层的协议也被重新设计了。

邻居发现协议

IPv6 与 IPv4 的区别之一是去掉了广播机制，而我们熟悉的 ARP 协议是使用 IPv4 的广播地址（255.255.255.255）实现的 [1]。那么 IPv6 是如何做到 IP 地址与 Mac 地址的转换？

答案已经写在标题上了：邻居发现协议（Neighbor Discovery Protocol, NDP）。

这样做的优点（我暂时还没参悟）[1]：

• 与链路层协议解耦，不需要为不同的链路层设计不同的协议。
• 安全，避免原来的 ARP 攻击。
• 组播不广播，提升了性能。

NDP 使用了两种 ICMPv6 报文，它们对地址解析有着非常重要的作用：

• 邻居请求报文（Neighbor Solicitation, NS）：简单说就是主机 A 想要得到主机 B 链路层地址的时候发送的报文。
• 邻居通告报文（Neighbor Advertisement, NA）：主机 B 回应主机 A 并携带链路层地址的报文。

我们用一个真实的小例子来解释 NDP 的运作方式，这里的图和部分描述参照了 [3]，同时也补充了一些我自己的理解。

假设我们规定左边的主机名为 A，右边的为 B，现在的需求是 A 想知道 B 的 mac 地址。

此时在 A 的视角下，它只知道自己的 IP 地址和主机 B 的 IP 地址。按照上面的描述，主机 A 需要发送一个 NS 报文，源地址是 "3001::1/64"，目标地址是 "FF02::1::FF00::2"。这时候故事就来了，这个目标地址是什么意思？

IPv6 组播地址的是 "FF00::/8"，它的具体结构如下图所示 [4]（这个图画的有点瑕疵：固定部分应该是 "FF"）。所以我们再看 "FF02"，它的意思是标志位（flags）是 0，范围（scope）是 2，表示本地链路。

再回看 "FF02::1::FF00::2" 这个地址，已经可以解释 "FF02" 了，还是没法解释后面的这些，我查阅了很多资料，都没有更详细的说明。这时候我就把 ChatGPT 请出来了，人家给了详尽且靠谱的回答：

剩下的内容，包括 NS、NA 报文到底携带了哪些信息我已经不再感兴趣了，你可以自行查阅 [3] 中的内容。我们可以从中得出一个结论：Kata Containers 不应该镜像 "FF00::/8" 路由。

本地链路地址

IPv6 本地链路地址的介绍我查了很多资料，基本上都没有很详细的介绍，稍微详细的一点的介绍参见 [5]。

本地链路地址顾名思义，这个地址不会过路由器，即只会在本地链路传输时使用。这个地址是 IPv6 接口在启动时会自动为其分配一个本地链路地址，这个过程称为自动地址配置（Stateless Address Autoconfiguration, SLAAC）。

本地链路地址的结构如下所示，前十个比特位必须是 "1111111010"，后面还有 54 个自由发挥的比特位，所以本地链路地址的空间是 "FE80::/16 ~ FEBE::/16"，但是一般情况下使用 "FE80::/64"，每一个链路内的接口对应唯一一个 64 位长度的 interface id。

由于这是接口自动配置，因此同样也不需要被 Kata Containers 镜像，同时也要注意接口更新的时候应该主动过滤这个链路本地地址。

References

1. https://www.cnblogs.com/mysky007/p/11261559.html
2. https://cshihong.github.io/2018/01/29/IPv6%E9%82%BB%E5%B1%85%E5%8F%91%E7%8E%B0%E5%8D%8F%E8%AE%AE/
3. https://zhuanlan.zhihu.com/p/110407399
4. https://blog.51cto.com/u_7658423/1337745
5. http://cisco.num.edu.mn/CCNA_R&S1/course/module8/8.2.3.4/8.2.3.4.html