IPv6 addrconf 地址管理

1. 模块架构

1.1 功能概述

addrconf 负责 IPv6 地址的自动配置，包括 SLAAC (无状态地址自动配置)、DAD (重复地址检测) 和路由器发现。

1.2 关键源文件

文件	作用
`net/ipv6/addrconf.c`	地址配置 (约 7600 行)
`net/ipv6/ndisc.c`	邻居发现
`include/net/addrconf.h`	addrconf 定义
`include/net/if_inet6.h`	inet6_dev 定义

2. 核心数据结构

2.1 struct inet6_ifaddr

// include/net/if_inet6.h:33
struct inet6_ifaddr {
    struct in6_addr     addr;           // IPv6 地址
    __u32               prefix_len;      // 前缀长度
    __u32               rt_priority;     // 路由优先级
    __u32               valid_lft;       // 有效生命周期
    __u32               prefered_lft;    // 首选生命周期

    refcount_t          refcnt;          // 引用计数
    spinlock_t          lock;
    int                 state;           // DAD 状态

    __u8                dad_probes;       // DAD 探测次数
    unsigned char       flags;           // IFA_F_* 标志

    __u16               scope;            // 地址范围
    __u64               dad_nonce;        // DAD 随机数

    struct delayed_work dad_work;         // DAD 工作队列
    struct inet6_dev   *idev;           // 所属 inet6_dev
    struct fib6_info    *rt;             // 关联的路由

    struct hlist_node   addr_lst;        // 地址哈希表节点
    struct list_head    if_list;         // 接口地址列表
    struct list_head    tmp_list;        // 临时地址列表
    struct inet6_ifaddr *ifpub;         // 公开地址 (临时地址)
    int                 regen_count;     // 再生计数
};

2.2 struct inet6_dev

// include/net/if_inet6.h:167
struct inet6_dev {
    struct net_device   *dev;            // 网络设备
    struct list_head    addr_list;        // 单播地址列表

    struct ifmcaddr6    __rcu *mc_list; // 多播地址列表
    struct ifmcaddr6    __rcu *mc_tomb;

    unsigned char       mc_qrv;           // 多播查询健壮性变量
    unsigned char       mc_gq_running;   // 多播查询运行中
    unsigned char       mc_ifc_count;    // 多播接口计数

    struct delayed_work mc_gq_work;      // MLD 查询
    struct delayed_work mc_ifc_work;      // 接口变化
    struct delayed_work mc_dad_work;      // DAD 完成

    rwlock_t            lock;
    refcount_t          refcnt;
    __u32              if_flags;          // IF_RA_* 标志

    u32                desync_factor;     // 去同步因子
    struct list_head   tempaddr_list;    // 临时地址列表

    struct in6_addr     token;            // 接口标识符
    struct neigh_parms *nd_parms;        // 邻居发现参数

    struct ipv6_devconf cnf;             // 配置
    struct ipv6_devstat stats;          // 统计

    struct timer_list   rs_timer;        // 路由器 solicitation 定时器
    __s32              rs_interval;       // RS 间隔
};

3. 地址状态

3.1 DAD 状态

// include/net/if_inet6.h:95
enum {
    INET6_IFADDR_STATE_DAD,       // DAD 进行中
    INET6_IFADDR_STATE_POSTDAD,   // DAD 完成
    INET6_IFADDR_STATE_ERRDAD,    // DAD 失败
    INET6_IFADDR_STATE_DEAD,       // 正在删除
};

3.2 地址标志

// include/net/if_inet6.h:100
#define IFA_F_PERMANENT       0x01  // 永久地址
#define IFA_F_TENTATIVE        0x02  // 试探性 (DAD 中)
#define IFA_F_OPTIMISTIC       0x04  // 乐观 DAD
#define IFA_F_DADFAILED       0x08  // DAD 失败
#define IFA_F_DEPRECATED       0x10  // 已废弃
#define IFA_F_TEMPORARY        0x20  // 临时地址
#define IFA_F_NODAD           0x40  // 跳过 DAD
#define IFA_F_MANAGETEMPADDR   0x80  // 管理临时地址

4. SLAAC 流程

4.1 链路本地地址

// net/ipv6/addrconf.c:376
static int ipv6_add_dev(struct net_device *dev)
{
    // 1. 创建 inet6_dev
    idev = ipv6_add_dev(dev);
    if (IS_ERR(idev)) return PTR_ERR(idev);

    // 2. 生成链路本地地址
    addr.s6_addr32[0] = htonl(0xfe800000);
    ipv6_generate_eui64(addr.s6_addr32 + 8, dev);

    // 3. 添加地址
    ipv6_add_addr(idev, &addr, 64, IFA_F_PERMANENT | IFA_F_NODAD);
}

4.2 路由器 Solicitation

// net/ipv6/addrconf.c:4018
static void addrconf_rs_timer(unsigned long data)
{
    struct inet6_ifaddr *ifp = (void *)data;

    if (ifp->idev->cnf.forwarding)
        return;  // 是路由器，不发送 RS

    // 发送 RS 到 ff02::2
    ndisc_send_rs(dev, &in6addr_linklocal_allrouters, NULL);

    // 指数退避重试
    if (ifp->idev->rs_probes < rad->rs_max_probes)
        addrconf_mod_rs_timer(ifp, ifp->idev->cnf.rtr_solicit_interval);
}

4.3 路由器 Advertisement 处理

// net/ipv6/ndisc.c:1232
static void ndisc_router_discovery(struct sk_buff *skb)
{
    // 1. 验证 RA (源地址是链路本地)
    if (!ipv6_addr_is_lladdr(&ipv6_hdr(skb)->saddr))
        return;

    // 2. 更新默认路由
    if (ra_msg->icmph.icmp6_router)
        rt6_add_dflt_router(ra_msg->icmph.icmp6_router, skb->dev);

    // 3. 处理前缀信息
    for (each option) {
        if (option->nd_opt_type == ND_OPT_PREFIX_INFORMATION)
            addrconf_prefix_rcv(skb->dev, option);
    }

    // 4. 更新设备标志
    if (ra_msg->icmph.icmp6_flags & ND_RA_FLAG_MANAGED)
        idev->if_flags |= IF_RA_MANAGED;
}

5. DAD (重复地址检测)

5.1 DAD 状态机

PREDAD -> DAD -> POSTDAD (成功)
              \-> ERRDAD (失败)

5.2 DAD 开始

// net/ipv6/addrconf.c:4096
void addrconf_dad_begin(struct inet6_ifaddr *ifp)
{
    // 1. 加入 solicitation-node 多播组
    addrconf_join_solict(ifp->idev->dev, &ifp->addr);

    // 2. 如果不跳过 DAD
    if (!(ifp->flags & IFA_F_NODAD)) {
        // 3. 设置状态为 DAD
        ifp->state = INET6_IFADDR_STATE_DAD;

        // 4. 调度第一次探测
        addrconf_mod_dad_timer(ifp,
            net_random() % max(NEIGH_VAR(ifp->idev->nd_parms, DELAY_FIRST_PROBE_TIME), 1));
    }
}

5.3 DAD 探测

// net/ipv6/addrconf.c:4284
static void addrconf_dad_timer(unsigned long data)
{
    struct inet6_ifaddr *ifp = (void *)data;

    // 发送 NS 到 solicitation-node 多播组
    ndisc_send_ns(ifp->idev->dev, &ifp->addr, &in6addr_any, ifp->dad_nonce);

    // 增加探测计数
    ifp->dad_probes++;

    // 继续探测直到达到最大次数
    if (ifp->dad_probes < ND_MAX_MULTICAST_SOLICIT)
        addrconf_mod_dad_timer(ifp, ND_RETRANS_TIMER);
}

5.4 DAD 成功

// net/ipv6/addrconf.c:4311
void addrconf_dad_completed(struct inet6_ifaddr *ifp)
{
    // 1. 标记为非试探性
    ifp->flags &= ~(IFA_F_TENTATIVE | IFA_F_OPTIMISTIC);
    ifp->state = INET6_IFADDR_STATE_POSTDAD;

    // 2. 发送非请求 NA
    ndisc_send_na(ifp->idev->dev, &in6addr_allnodes, &ifp->addr,
                  false, false, true);  // router=0, solicited=0, override=1

    // 3. 如果是链路本地且是唯一默认路由，发送 RS
    if (ipv6_addr_is_lladdr(&ifp->addr))
        addrconf_join_allrouters(ifp->idev->dev);
}

6. 隐私扩展

6.1 临时地址创建

// net/ipv6/addrconf.c:1359
struct inet6_ifaddr *ipv6_create_tempaddr(struct inet6_ifaddr *ifp)
{
    // 1. 复制前缀
    addr = ifp->addr;

    // 2. 生成随机接口 ID
    ipv6_gen_rnd_iid(&addr.s6_addr32[1]);

    // 3. 计算生命周期
    valid_lft = min(ifp->valid_lft, idev->cnf.temp_valid_lft);
    prefered_lft = min(ifp->prefered_lft - desync,
                       idev->cnf.temp_preferred_lft);

    // 4. 创建临时地址
    return ipv6_add_addr(idev, &addr, 64, IFA_F_TEMPORARY, valid_lft, prefered_lft);
}

6.2 临时地址管理

// net/ipv6/addrconf.c:2592
static void manage_tempaddrs(struct inet6_dev *idev, ...)
{
    // 1. 如果首选生命周期过期，更新为已废弃
    // 2. 如果有效生命周期过期，删除临时地址
    // 3. 如果列表为空且配置启用，创建新的临时地址
}

7. 地址验证

7.1 addrconf_verify()

// net/ipv6/addrconf.c:4743
static void addrconf_verify(struct net *net)
{
    // 1. 调度延迟工作
    mod_delayed_work(addrconf_wq, &net->ipv6.addr_chk_work,
                     ADDR_CHECK_FREQUENCY);

    // 2. 检查所有地址的生命周期
    // 3. 处理临时地址再生
}

8. 前缀处理

8.1 addrconf_prefix_rcv()

// net/ipv6/addrconf.c:2774
void addrconf_prefix_rcv(struct net_device *dev, struct nd_opt_hdr *opt)
{
    struct prefix_info *pinfo = (struct prefix_info *)opt;

    // 1. 验证前缀
    if (pinfo->prefix_len > 64)
        return;

    // 2. 如果 onlink，设置路由
    if (pinfo->onlink) {
        // 添加 onlink 路由
    }

    // 3. 如果是自主地址配置，创建地址
    if (pinfo->autoconf)
        addrconf_prefix_rcv_add_addr(dev, pinfo);
}

9.Solicited-Node 多播地址

9.1 计算

// include/net/addrconf.h:484
static inline void addrconf_addr_solict_mult(const struct in6_addr *addr,
                                             struct in6_addr *solicited)
{
    ipv6_addr_set(solicited,
              htonl(0xFF020000), 0,
              htonl(0x1),
              htonl(0xFF000000) | addr->s6_addr32[3]);
}

格式: ff02::1:ffXX:XXXX (后 24 位复制自目标地址)

TCP/IP

Linux Netfilter

Linux 网络核心

网络性能

协议

其他网络笔记

IPv6 addrconf 地址管理

1. 模块架构

1.1 功能概述

1.2 关键源文件

2. 核心数据结构

2.1 struct inet6_ifaddr

2.2 struct inet6_dev

3. 地址状态

3.1 DAD 状态

3.2 地址标志

4. SLAAC 流程

4.1 链路本地地址

4.2 路由器 Solicitation

4.3 路由器 Advertisement 处理

5. DAD (重复地址检测)

5.1 DAD 状态机

5.2 DAD 开始

5.3 DAD 探测

5.4 DAD 成功

6. 隐私扩展

6.1 临时地址创建

6.2 临时地址管理

7. 地址验证

7.1 addrconf_verify()

8. 前缀处理

8.1 addrconf_prefix_rcv()

9.Solicited-Node 多播地址

9.1 计算

IPv6 addrconf 地址管理 ​

1. 模块架构 ​

1.1 功能概述 ​

1.2 关键源文件 ​

2. 核心数据结构 ​

2.1 struct inet6_ifaddr ​

2.2 struct inet6_dev ​

3. 地址状态 ​

3.1 DAD 状态 ​

3.2 地址标志 ​

4. SLAAC 流程 ​

4.1 链路本地地址 ​

4.2 路由器 Solicitation ​

4.3 路由器 Advertisement 处理 ​

5. DAD (重复地址检测) ​

5.1 DAD 状态机 ​

5.2 DAD 开始 ​

5.3 DAD 探测 ​

5.4 DAD 成功 ​

6. 隐私扩展 ​

6.1 临时地址创建 ​

6.2 临时地址管理 ​

7. 地址验证 ​

7.1 addrconf_verify() ​

8. 前缀处理 ​

8.1 addrconf_prefix_rcv() ​

9.Solicited-Node 多播地址 ​

9.1 计算 ​

IPv6 addrconf 地址管理

1. 模块架构

1.1 功能概述

1.2 关键源文件

2. 核心数据结构

2.1 struct inet6_ifaddr

2.2 struct inet6_dev

3. 地址状态

3.1 DAD 状态

3.2 地址标志

4. SLAAC 流程

4.1 链路本地地址

4.2 路由器 Solicitation

4.3 路由器 Advertisement 处理

5. DAD (重复地址检测)

5.1 DAD 状态机

5.2 DAD 开始

5.3 DAD 探测

5.4 DAD 成功

6. 隐私扩展

6.1 临时地址创建

6.2 临时地址管理

7. 地址验证

7.1 addrconf_verify()

8. 前缀处理

8.1 addrconf_prefix_rcv()

9.Solicited-Node 多播地址

9.1 计算