IPv6之NDP（2）

Posted 2023-04-22

参考技术A NDP邻居发现协议用到的ICMPv6报文：

133 路由器请求RS

134 路由器通告RA

135 邻居请求NS

136 邻居通告ND

137 重定向

通过NDP邻居发现协议实现的功能：

1、路由器发现

2、地址自动配置

3、地址解析

4、DAD重复地址检测

5、邻居状态跟踪

6、重定向

补充path-mtu

地址自动配置

通过type 133的ICMPv6报文和type 134的ICMPv6报文实现，type 133的ICMPv6报文称为RS路由器请求，type 134的ICMPv6报文称为RA路由器通告；

PC1连接网线后，会发送RS路由器请求报文，获取地址自动配置所需的前缀信息，源IP地址为未指定地址，目的ip地址为FE02::2,源MAC地址为PC1接口mac地址，目的MAC地址为目的IP地址对应的组播mac地址；

网段上的路由器收到后，发送RA路由器通告应答，源IP地址为路由器接口的link-local地址，目的地址为FF02::1,源MAC地址为路由器接口mac地址，目的mac地址为目的地址对应的组播mac地址，报文内容携带地址前缀信息；

PC1收到后，根据地址前缀信息，软件方式自动生成IPv6地址，同时将路由器的link-local地址作为默认网关；

通过RA路由器通告报文中的M位、O位判断是无状态自动配置，还是有状态自动配置；

无状态自动配置无需DHCPv6服务器，仅能获取前缀生成地址；

有状态自动配置通过DHCPv6服务器，可以为主机分配地址和其他配置信息；

PC1也可以通过无状态自动配置获取前缀生成地址，仅通过有状态自动配置获取其他配置信息；

路由器发现

路由器会周期性（200s）的发送RA路由器通告，通知网段上的主机该网段上的前缀信息和网关；

如果一个网段上有多台路由器，RA路由器通告报文中携带路由器优先级选项，low、medium、high，主机优先级选择优先级高的路由器作为默认网关；如果优先级相同，都作为默认网关；

地址解析

通过type 135的ICMPv6报文和type 136的ICMPv6报文实现，type 135的ICMPv6报文称为NS邻居请求报文，type 136的ICMPv6报文称为NA邻居通告报文；

PC1要访问PC2，需要封装PC2的链路层地址，首先PC1发送NS邻居请求报文，请求PC2的链路层地址，通过type 135的ICMPv6报文实现，源IP为PC1的接口IP地址，目的IP为PC2的接口地址对应的请求组播地址，源MAC为PC1的接口MAC地址，目的MAC为请求组播地址对应的组播mac地址，报文内容部分为想要请求的IPv6地址，即PC2的接口地址，及PC1自身链路层地址；

PC2收到报文后，发送NA邻居通告报文进行响应，通过type 136的ICMPv6报文实现，源IP地址为PC2的接口IP地址，目的IP地址为PC1的接口IP地址，源MAC为PC2的接口MAC地址，目的MAC为PC1的接口MAC地址，报文内容携带请求的IPv6地址（PC2自身接口IP地址），以及对应的链路层地址（PC2接口mac地址）；

DAD重复地址检测

IPv6地址的生存期分为tentative、preferred、valid、invalid几个阶段；

接口开始使用一个IPv6地址时，先进入tentative阶段，发送NS邻居请求报文，探测网段上该地址是否已经被使用，通过type 136的ICMPv6报文实现，源IP为未指定地址，目的IP为想要使用地址的请求组播地址，源MAC为自身MAC地址，目的MAC为请求组播地址对应的组播MAC地址，报文内容携带想要使用的IPv6地址；

如果没有收到NA邻居通告回应，说明网段上该地址未被使用，进入preferred阶段，可以使用该地址进行通信；如果收到NA邻居通告回应，说明网段上该地址已被使用，不会使用该地址进行通信；

邻居状态跟踪

邻居状态跟踪通过type 135的ICMPv6报文和type 136的ICMPv6报文实现，type 134的ICMPv5报文称为NS邻居请求报文，type 136的ICMPv6报文称为NA邻居通告报文；

主机会维护一张IPv6地址到链路层地址的映射表，在主机发送NS邻居请求报文时，会在本地映射表中生存对应的缓存表项，由于还不知道想要请求的IPv6地址对应的链路层地址，将状态标记为incompele；

如果收到NA邻居通告报文，将在本地缓存表得到完整的映射条目，状态标记为Reachable；如果每隔1s，连续发三次NS邻居请求报文，都没收到回应，删除该表项；

状态Reachable的表项超时后（30s），不确定该映射条目是否有效，状态标记为stale；

如果有报文需要向stale状态的IP地址转发，需要先验证表项有效性，发送NS邻居请求报文，状态标记为delay，表示正在验证表项有效性；

如果5s内收到NA邻居通告报文，表示表项有效，状态标记为Reachable；

如果5s内没有收到NA邻居通告报文，说明表项无效，进入probe状态，每隔1s发送一次NS邻居请求报文，连发三次没有收到NA邻居通告响应，删除该表项；如果收到NA邻居通告，则认为邻居有效，进入Reachable状态；

重定向

通过type 137的ICMPv6报文实现

PC1访问R3的地址2001::3,查找路由表默认网关是R2的链路本地地址FE80::2,发送IPv6报文源IP为2000::1，目的IP为2001::3,源MAC为PC1的G0/0/0接口MAC，目的MAC为R2的G0/0/0接口MAC；

R2收到后，根据目的IP地址2001::3查找路由表，发现出接口和收到报文的接口一致，向PC1发送type 137的ICMPv6重定向报文，告知PC1去往2001::3的报文直接向FE80::3转发，重定向报文源IP为FE80::2，目的IP为2000::1，源MAC为R2的G0/0/0接口MAC，目的MAC为PC1的G0/0/0接口MAC；

PC1收到后，后续发往2001::3的报文直接转发给FE80::3;

pathMTU

通过type 2的ICMPv6报文（packet too big差错消息）来实现；

如果PC1有超过MTU1500的报文要发送，会按照MTU1500进行分片；

R2收到后，发现超过自身转发接口的MTU1400，返回type2的ICMPv6报文，告知PC1 packet too big，需要使用MTU 1400来分片，PC1重重新按照MTU1400来分片；

R3收到后，依然会因为报文超过转发接口MTU 1300，而回送type 2的ICMPv6报文，告知PC1 packet too big，需要按照MTU 1300进行分片，PC1重新按照MTU 1300进行分片，最终达到目的地PC2；

如果是IPv4的话，PC1按照MTU1500进行分片；

R2收到报文重组后，按照MTU1400进行分片；

R3收到报文重组后，按照MTU1300进行分片；

ICMPv6和IPv6 NDP

ICMPv6

      IPV4使用ICMP做很多事情，诸如目的地不可达等错误消息以及ping和traceroute等诊断功能。ICMPv6也提供了这些功能，但不同的是，它不是独立的第3层协议。ICMPV6是IPV6不可分割的部分，其信息包含在基本IPv6报头后面的扩展报头中，ICMPv6新增了一项功能：默认情况下,可通过ICMPv6过程“路径MTU发现”来避免IPv6对分组进行分段。

       路径MTU发现过程工作原理：源节点发送一个分组，其长度为本地链路的MTU。在该分组前往目的地的过程中，如果链路的MTU小于该分组的长度，中间路由器就会向源节点发送消息“分组太大”。这条消息向源节点指出了当前链路支持的最大分组长度，并要求源节点发送可穿越该链路的小分组、这个讨程不断持续下去，直到到达目的地，此时源节点便知道了该传输路径的MTU。接下来，传输其他数据分组时，源节点将确保分组不会被分段。

       ICMPv6接管了发现本地链路上其他设备的地址的任务；在IPV4中，这项任务由地址解析协议负责，但ICMPV6将这种协议重命名为邻居发现协议（NDP）。这个过程是使用被称为请求节点地址（solicited node address)的组播地址完成的，每台主机连接到网络时都会加入这个组播组。为生成请求节点地址，在FF02:0:0:0:0:1:FF/104末尾加上目标主机的IPV6地址的最后24位。查询请求节点地址时，相应的主机将返回其第2层地址。网络设备也以类似的方式发现和跟踪相邻设备。前面介绍RA和RS消息时说过，它们使用组播来请求和发送地址信息，这也是ICMPv6的邻居发现功能。

       在IPV4中，主机使用IGMP协议来告诉本地路由器，它要加入特定的组播组并接收发送给该组播组的数据流。这种IGMP功能已被ICMPv6取代，并被重命名为组播侦听者发现（multicast listener discovery)。

 

邻居发现协议（NDP）

 

IPv6 ND的应用方式和协议栈位置

NDP以不同方式应用到主机和路由器。

 　　

IPv6 ND和其相应的IPv4协议组（ARP、IPCP等）的不同位置。IPv4相同链路相关协议在ARP/RARP（链路层之上）和ICMP（运行于IP之上）之间分割。IPv6 ND完全在ICMP之内。

协议操作总结

列表：

• • 在线IPV6地址和相应的链路层地址列表；
  • 邻居状态表（可达的，不可达的）；
  • 特定主权：
    • 在线前缀列表；
    • 在线路由器列表；
    • 缺省路由器列表（乐意成为缺省路由器的在线路由器）。

消息：

• • 邻居请求（NS）：
  • 邻居公告（NA）：
  • 路由器请求（RS）：
  • 路由器公告（RA）：
  • 重定向：
  • 反向邻居请求（INS）；
  • 反向邻居公告（INA）。

NDP直接位于IPV6/ICMP之上产生了一系列值得澄清的问题。

当进行匹配的一个给定目的地址的链路层地址不知道时，寻求该关联的节点必须将其请求发送到更广大的侦听节点。在IPV4中，使用MAC层广播做到这点。在IPV6中，节点在这个请求中使用组播。使用的组播组是被请求节点组播组（具有链路本地范围）

注意：当知道一个前级的链路层地址之后，邻居请求可能再次发送，以确认关联信息（IP地址，链路层地址）。在此情况下，请求直接单播到目的地。

源和目的地：

当一个节点使用NDP获得其自己的地址时（参见“自动配置”部分），出现了另一个问题。它需要用于其请求的一个源地址，但还没有这样的地址。在这样的情况下，它能够将IPV6非指定地址（::）用做分组的SA。

鉴于地址解析消息发送到被请求节点组播地址（具有链路本地范围），其他NDP消息则意图到达所有节点或所有路由器。同时，SA可能是发送者的一个全局的或链路本地地址：后者总是优先使用，以最小化节点对重新缩比的依赖。下面是所有特殊地址的列表，在NDP消息交换中节点能够将之用做源和

• • 目的地址：
  • 所有节点组播地址（FF02::1，目的地）；
  • 所有路由器组播地址（FF02::2，目的地）；
  • 被请求节点组播地址（目的地）；
  • 链路本地地址（源或目的地）；
  • 非指定地址（:: 源）。

最后，IPv6节点使用两个算法来处理通过NDP搜集的信息：

• • 下一跳确定算法。
  • 缺省路由器选择。