网络地址的配置是网络层管理的重要步骤。最直观的配置方式是静态配置IP地址，但是这增加了运维管理成本，并且没有灵活性。因此，大部分场合下，IP地址都是通过动态配置的。

在IPv4下，IP地址的动态配置依赖于DHCP协议。DHCP全称是Dynamic Host Configuration Protocol，由RFC2131定义。DHCP由BOOTP协议（RFC951）发展而来，并且完全兼容BOOTP。

DHCP是一个client-server模式的协议，Server管理着IP地址池。一般情况下，主机作为Client，通过下图的方式与DHCP Server交互，并请求IP地址。IP地址包含在DHCP offer和ACK中。

DHCP对应的中文是动态主机配置协议。所以除了IP地址以外，同时也能配置子网掩码长度，主机名，路由，默认网关，DNS等。所以在IPv4中，DHCP协议就可以完成大部分的主机动态配置。DHCP协议已经使用了几十年，这里不做过多的介绍。

对应于DHCP，IPv6协议中也有DHCPv6（RFC8415/RFC3315）。但是就像IPv6完全不兼容IPv4一样，DHCPv6除了工作模式与DHCP类似以外，与DHCP也不兼容，它的协议内容也进行了重新定义。

因为IPv6中没有广播的概念，所以不像DHCP基于广播地址255.255.255.255来发现DHCP Server，DHCPv6中，有两个保留的组播地址，用来发现网络中的DHCP Server：

DHCPv6仍然是基于UDP协议，但是使用的是UDP的547（Server监听端口）和546（Client监听端口）。与IPv4协议不同的是，IPv6协议下，每个网卡都默认带一个link-local地址，这个地址是fe80::/10的前缀加上（一般情况下）网卡的MAC地址生成[RFC4291]。IPv6的link-local用来在一个二层链路中唯一标识一块网卡，并且可以在有限场景下在一个二层链路中用来通信。

在DHCP（IPv4）协议下，DHCP Client在发起请求的时候，因为还没有IP地址，所以源IP只能是Unspecified Address（0.0.0.0）。而DHCPv6 Client在发起请求的时候，网卡已经有IPv6地址了，所以源IPv6地址就是网卡的link-local地址，目的地址是DHCPv6保留的组播地址ff02::1:2。

上面就是DHCPv6的交互过程。DHCPv6 Server在收到请求之后，将IPv6地址在单播回给Client网卡的link-local地址。其中IPv6地址包含在Advertise和Reply中，这个过程与DHCP类似。

除了上面实现细节上的差别，DHCPv6与DHCP的区别还在于，DHCPv6不支持传输子网掩码长度，路由，和默认网关。这个区别是由IPv4迁移至IPv6容易引起错误的地方。

动态地址配置对于IPv6来说尤其重要，因为在IPv4场景下，地址长度，地址数量有限，静态配置还有可行性，但是如果要真正的完全使用IPv6，通过静态配置地址基本不可能。尽管IPv6下面已经有DHCPv6协议，尽管DHCPv6已经与DHCP不兼容，但是IPv6和IPv4动态地址配置的差别远比DHCPv6和DHCP的差别大。

两个协议，三种模式

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IPv6的动态地址配置主要依赖两个协议，一个是DHCPv6（RFC8415），另一个是IPv6 Stateless Address Autoconfiguration（RFC4862）。IPv6的动态地址配置方式客观的说是合理的，并且一定程度结合了IPv4动态地址配置的经验（个人猜测）。

在现实场景中，为了让一个网络工作，除了将设备连接起来的线路，交换机，我们主要还需要两个设备，一个是DHCP Server，主要用来管理、分配地址和配置信息，另一个就是Router路由器，主要用来做三层转发，连接当前网络和其他网络。实际中，经常将DHCP Server配置在路由器上，或者路由器作为一个DHCP relay agent。另一方面，如果没有路由器，网络只是一个二层网络，作用有限。因此，这两个设备本身可以只是一个设备，并且它们之中，路由器占主导地位。基于这个背景，IPv6的动态地址配置有三种模式：

这里的Stateful，指的就是DHCP Server管理的IP地址，因为这些地址存在一个分配关系，需要一个程序去管理这个状态。Stateless Address是指这个地址就是分配给某一个确定的主机使用，没有其他状态。

SLAAC基于协议RFC4861和RFC4862。在SLAAC的世界里，没有DHCPv6。SLAAC协议由路由器来通告配置IPv6地址所需要的信息。具体工作流程是这样：支持IPv6的网卡启动的时候会发送一条RS（Router Solicitation）消息，源IP是网卡的link-local地址，目的IP是ff02::2。ff02::2也是保留的组播地址，用来表示所有的路由器。这条消息用来查找当前网络中的路由器。

路由器收到这条消息之后，会回传一条RA（Router Advertisement）。一般情况下，RA的源IP地址是Router的link-local地址，目的地址是ff02::1。ff02::1也是一个保留的组播地址，用来表示所有的主机。也就是说任意网卡发起的RS消息，都会引起路由器将RA消息在整个网络中发送给所有的主机。除此之外，就算没有任何RS消息，路由器也应当定期向所有主机发送RA。具体流程如下图的3，4。

RA消息是SLAAC协议的核心，它的格式内容如下：

RA可以发送给网络中所有主机的基础就是，不像DHCP消息，RA是无状态的，任何主机接收到了RA消息之后，都能根据其中的信息完成IP地址配置。RA的options中通常包括：

如果RA中一个prefix的auto标志位是1，那相当于告诉网卡，可以自己从这个prefix中生成一个IPv6的地址。网卡只需要使用一个局域网中唯一的标识符，再加上这个prefix，就能生成一个IPv6地址。网卡在局域网中的天然唯一标识符就是MAC地址，因此一般情况下，SLAAC协议中，网卡是通过RA中的prefix和自身的MAC地址，再根据EUI-64格式生成一个IPv6地址。SLAAC协议的基础就是IPv6地址长度足够大，能支持这样的配置。

RA消息还能带来一个潜在的配置，主机会将IPv6的默认网关，指向RA的源IP地址，也就是Router的link-local地址。生成的默认路由是有时效的，时间是Router Lifetime。所以需要路由器定时发布RA（类似于心跳），更新主机的默认路由。这个机制讲道理是合理的，默认路由只有在路由器还活着的时候才有意义。但是这个机制增加了管理的复杂度，尤其在SDN场景，虚拟路由器下定时发布RA。

SLAAC协议有两个问题，一个是IPv6的地址不可控了，一般情况下与主机的MAC地址相关；另一个是RA格式比较简单，能传递的配置有限，一些复杂的主机配置无法通过RA传递。

但是好处是简单，只用路由器，不需要DHCPv6的介入，就可以完成简单的IP地址配置；另外无状态地址能简化管理，只需要一些简单的程序就能完成Prefix分发，不需要集中的管理地址，处理多节点数据同步，这有点像分布式架构。SLAAC的配置过程如下如所示：

Stateless DHCPv6就是结合了SLAAC和DHCPv6。其中IPv6地址配置通过SLAAC下发，其他配置通过DHCPv6下发。这样能弥补SLAAC模式下，RA所能传递配置有限的问题。

这里就是纯纯的DHCPv6了，但是前面说过，DHCPv6不支持子网掩码长度，路由，和默认路由。这样就导致通过DHCPv6获得的IPv6地址，因为没有掩码长度，地址的掩码都是128位。而路由和默认网关，还是需要依赖RA。因为在IPv6中，动态配置路由和默认网关的唯一方式就是使用Router Advertisement消息。所以，就算使用了DHCPv6，也不能完全摆脱RA消息。只是说DHCPv6下，IPv6地址变得可控了。所以，在IPv6动态地址配置中，Router Advertisement是必不可少的，因为它控制了主机路由和默认路由。同时Router Advertisement还控制了IPv6的动态地址配置模式。在RA的数据中，有两个标志位M（Managed）和O（Other）。

总的来说，Stateful DHCPv6的工作流程如下所示：

IPv6中，如果需要地址可控，那只能使用DHCPv6。如果只是需要分配一个IPv6地址，对地址无要求，那么使用Stateless地址分配方式更为合理。