家庭网络优化记录(I)

这个系列预计会有多篇文章，每一篇聚焦一两个问题，在这一篇主要考虑IPv6的问题。
IPv6已经是大势所趋，未来一定会大规模部署使用，实际上现在的骨干网早已支持该协议，真正的痛点出在“最后一公里”，也就是家里的路由器上。绝大部分2018年之前购买的路由器内部完全没有或部分残缺IPv6协议栈，即便现代操作系统普遍支持该协议，在这样的网络环境下，难以真正分配得到可用v6地址。

路由器残缺的协议栈

现在接入宽带普遍采用FTTH模式，在光缆中就是光信号，只有到了光电转换这（也就是俗称的光猫），才能看到以太网帧。由于IP协议是工作在第三层的，因此和路由功能直接相关。目前家中的主要网络设备为一台光猫和一台路由器。光猫改为桥接模式以后，相当于工作在第二层，而路由器通过ppp协议接入互联网，在此之上提供路由功能，属于第三层。

遇到的第一个问题，现有的这台路由器不支持ppp拨号时协商IPv6地址。查证过程如下：首先需要开启路由器的telnet功能，需要进入shell来查看拨号日志。在登入网页管理端以后，访问该网址：http://192.168.0.1/goform/telnet 后，页面提示load telnetd success.表示开启telnet成功，会话在网页管理端退出前有效。

使用shell进入telenet，用户名为root，密码Fireitup，在路径/var/pppoe.log查看到拨号日志。

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Connected to **:dc:**:10:**:95 via interface eth1
using channel 1
Using interface ppp1
Connect: ppp1 <--> eth1
Couldn't increase MTU to 1500
Couldn't increase MRU to 1500
sent [LCP ConfReq id=0x1 <mru 1480> <magic 0xf782762f>]
...
rcvd [PAP AuthAck id=0x1 "Authentication success,Welcome!"]
Remote message: Authentication success,Welcome!
PAP authentication succeeded
peer from calling number **:DC:**:10:**:95 authorized
...
sent [IPCP ConfAck id=0x1 <addr 10.10.0.1>]
rcvd [proto=0x8057] 01 01 00 0e 01 0a a6 dc be ** fe 10 e9 95
Unsupported protocol 'IPv6 Control Protocol' (0x8057) received <---THIS LINE MATTERS!
sent [LCP ProtRej id=0x2 80 57 01 01 00 0e 01 0a a6 dc be ** fe 10 e9 95]
...
local  IP address 10.***
remote IP address 10.***
primary   DNS address 222.***
secondary DNS address 222.***

这是一份很标准的链路协商日志，关键问题就出在了Unsupported protocol这一句，拨号程序不认识IPv6的链路控制协议，自然也没法获得IP地址，也就是说协议栈是残缺的。但也不是说这个路由器就没用，在后面会看到，还是一定程度上可以利用的。

SLAAC和DHCPv6

既然路由器从拨号这一关就不认识IPv6协议，那也就没法继续直接利用，自行修改固件也不太可能。于是转战研究光猫。光猫的硬件生产年份为2017年，经过查看管理界面的代码，部分注释标注2021年，因此可以认为该光猫获得了运营商下发的更新。

在网络管理界面，改变模式为“路由”，开启FullConeNAT，以期能够达到NAT1。重点是下方的IPv6配置，一定要勾选获取前缀，获取方式就是PrefixDelegation，这个地方的配置对于后续手机等设备能否正常获取地址非常关键。

之后进入用户侧管理，对于IPv4的配置不用改动，主要是注意IPv6部分。在最开始的测试中，如果开启DHCPv6则所有的安卓手机均无法获得IPv6地址，其余设备正常。在反复查证后了解到，Android系统只支持以SLAAC (Stateless Adress AutoConfigure，无状态自动地址配置)方式获得IPv6地址，因此这里关闭DHCPv6服务器，不勾选“地址信息通过DHCP获取”。刚才讲到的前缀，也就决定了这两种方式分配地址的方式的不同。IPv4在拨号时只会获得一个地址，IPv6获取的是一个前缀，在前缀后面的部分是可以自定义的。使用光猫拨号分配得到的是一个/56地址块，在使用SLAAC的情况下，/56地址块可以进一步划分得到2^8=256个/64地址块。设备单拨地址协商的大致过程如下：

• 设备发送RS报文，请求地址信息
• 网关发送RA报文，包含前缀和前缀长度等信息
• 设备根据前缀长度，生成后半部分地址（接口ID）
• 邻居发现，检测是否重复地址(DAD)

在RA报文中，M,O标记就是图片中的“地址信息通过DHCP获取”和“其他信息通过DHCP获取”。所谓无状态，就是不存在全局的地址服务器，内部维护该自治系统下的全部地址分配状态信息。

其中，无状态DHCPv6是最常用的配置方式。在使用了上述配置以后，将路由器改为AP模式，或关闭路由器自带的DHCP功能后，将光猫千兆口与路由器LAN口连接，将无线路由器降级为二层交换机使用，也就无视了路由器内部的三层及以上协议栈。至此，所有设备均可分配得到可用的IPv6地址。