第3章ICMPv6與NDP第3章ICMPv6與NDP3.1ICMPv6概述及報文類型3.2ICMPv6的常見應用3.3NDP2新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP引言新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP3在IPv4中，ICMP（InternetControlMessageProtocol，網際控制報文協議）用于在網絡中通告錯誤和信息，為診斷、信息和管理目的定義了一些報文。工程中常用的Ping、Tracert應用便是基于ICMP協議實現的。在IPv6中，ICMPv6除了提供IPv4中ICMP常用的功能之外，也是NDP（NeighborDiscoveryProtocol，鄰居發現協議）的重要基礎。NDP是IPv6協議體系中一個重要的基礎協議，它替代了IPv4的ARP和ICMP路由器發現，使用ICMPv6報文實現地址解析、鄰居不可達性檢測、重復地址檢測、路由器發現、重定向以及ND代理等功能。3.1ICMPv6報文類型(1)4新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDPICMPv6（InternetControlMessageProtocolfortheIPv6）是IPv6的基礎協議之一。ICMPv6報文在IPv6基本頭部中對應的“NextHeader”字段值為58。lType（類型）：表示報文的類型。lCode（代碼）：表示此報文類型下面的細分的類型。lChecksum（校驗和）：表示ICMPv6報文的校驗和，采用偽頭標校驗。lICMPv6Payload（載荷數據）：ICMPv6報文的載荷數據，長度可變。ICMPv6報文類型(2)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP5ICMPv6報文分為兩類：差錯報文和信息報文。Type字段最高bit為0，即該字段的值為0~127時表示差錯報文（ErrorMessage）類型。差錯消息用于報告在IPv6數據包路由轉發過程中出現的錯誤，如分組過大、目的不可達、超時、參數錯誤等。差錯報文（ErrorMessage）信息報文（InformationalMessage）Type字段最高bit為1，即該字段的值為128~255時表示信息報文（InformationalMessage）類型。信息報文可以用來實現同一鏈路上節點間的通信、鄰居發現和鏈路上的組播成員管理等。ICMPv6報文類型(3)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP6Type含義Type含義0Reserved（保留）133RouterSolicitation（路由器請求）1DestinationUnreachable（目的地不可達）134RouterAdvertisement（路由器通告）2PacketTooBig（報文過大）135NeighborSolicitation（鄰居請求）3TimeExceeded（超時）136NeighborAdvertisement（鄰居通告）4ParameterProblem（參數問題）137RedirectMessage（重定向）…………128EchoRequest（回送請求）143Version2MulticastListenerReport（版本2組播偵聽器報告）129EchoReply（回送應答）……130MulticastListenerQuery（組播偵聽器查詢）151MulticastRouterAdvertisement（組播路由器通告）131MulticastListenerReport（組播偵聽器報告）152MulticastRouterSolicitation（組播路由器請求）132MulticastListenerDone（組播偵聽器離開）153MulticastRouterTermination（組播路由器終止）ICMPv6差錯報文新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP7報文類型TYPE名稱Code差錯報文1目的不可達0沒有到達目的地的路由1與目的地的通信被管理策略禁止2超出源地址范圍3目的地址不可達4目的端口不可達2報文過大03超時0在傳輸過程中超出跳數限制1分片重組超時4參數錯誤0IPv6基本頭或擴展頭的某個字段有錯誤1IPv6基本頭或擴展頭的NextHeader值不可識別2擴展頭中出現未知的選項目的地不可達：IPv6節點轉發IPv6報文的過程中發現目的地不可達時，便會將報文丟棄，并向該報文對應的源節點發送該差錯報文。報文過大：節點轉發IPv6報文過程中發現報文超過出接口的MTU時，則丟棄該報文，并向該報文對應的源節點發送該差錯報文。超時：IPv6報文“HopLimit”字段值為0時將被丟棄，丟棄該報文的節點會向報文對應的源節點發送該差錯報文。對于分片重組報文的操作如果超過定時時間，也會觸發超時報文。參數問題：節點發現IPv6基本頭部或擴展頭部中的字段存在問題，則將報文丟棄并向報文的源節點發送該報文，指示問題的類型和位置。ICMPv6信息報文新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP8報文類型TYPE名稱Code信息報文128EchoRequest0可達性測試請求報文129EchoReply0可達性測試響應報文網絡可達性探測相關的ICMPv6信息報文包括回送請求報文（EchoRequest）和回送應答報文（EchoReply）這兩種報文主要應用于Ping命令。EchoRequest：用于發送到目標節點，以使目標節點立即發回一個EchoReply應答報文。EchoReply：當收到一個EchoRequest報文時，ICMPv6會用EchoReply報文響應。3.2ICMPv6的常見應用-Ping新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP9網絡可達性：網絡IP可達性是基本要求，只有兩個節點之間的IP可達性正常時，雙方才能夠進行通信。Ping是一種常用的網絡可達性測試命令。主流的網絡設備以及終端設備（例如安裝Windows操作系統或Linux操作系統的PC）通常都預置了Ping應用。注意：在節點上執行ping命令后，如果未收到目標節點的EchoReply應答，并不代表雙方的IP可達性一定有問題，有可能是中間設備將ICMPv6報文過濾掉了，或者目標節點的防火墻功能對ICMPv6報文進行了過濾等。ICMPv6的常見應用：Tracert新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP10(1)R1構造第一個發往2001:DB8:23::3的UDP報文（UDP目的端口為特殊端口，該端口不會被具體的應用所使用），在該報文的IPv6頭部中，“HopLimit”字段值設置為1，這意味著報文在發出去之后只能傳遞一跳。R1可能會一次發出該UDP報文的多份拷貝。(2)R2收到報文后，將“HopLimit”字段值減1后發現值已為0，于是丟棄該報文，并立即向R1發送ICMPv6超時差錯報文，這個差錯報文的源地址為R2的接口地址。R1收到這個差錯報文后，便獲得了第一跳設備R2的接口地址，然后將該地址打印在回顯中。(3)R1以“HopLimit”字段值為2繼續發送UDP報文。上述過程不斷進行，直至報文到達目的地。(4)R1發出的UDP報文到達目的地R3后，由于R1在Tracert中所使用的UDP端口在R3處并未偵聽，因此R3回應ICMPv6目的地不可達差錯報文，告知R1目的端口不可達。R1收到該差錯報文后便知道了最后一跳已到達，然后將對應的地址打印在回顯中。Tracert主要用于查看數據包從源端到目的端的逐跳路徑信息，從而檢查網絡連接是否可用。當網絡出現故障時，用戶可以使用該命令定位故障點。ICMPv6的常見應用：PMTUD(1)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP11在IPv6中，為了減少中間轉發設備的處理壓力，中間轉發設備不對IPv6報文進行分片，報文的分片將在源節點進行。PathMTU是路徑上的最小接口MTU。源節點要想準確完成分片，就需要知道從本地到目的地的PathMTU。PMTUD（PathMTU發現機制）的主要目的是發現路徑上的MTU，當數據包被從源轉發到目的地的過程中避免分段。PMTUD是通過ICMPv6的分組過大報文來完成的。ICMPv6的常見應用：PMTUD(2)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP12首先PC1使用本地出接口的MTU（1500byte）向PC2發送IPv6報文。假設PC1發出了一個1500byte的報文，報文被發往R1。ICMPv6的常見應用：PMTUD(3)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP132.R1意識到報文的大小超出了本地出接口的MTU（1400byte），于是將報文丟棄，同時回復一個ICMPv6差錯報文（Type=2，Code=0）給PC1，在該差錯報文中包含出接口MTU值1400byte。ICMPv6的常見應用：PMTUD(4)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP143.PC1開始使用1400byte作為MTU向PC2發送IPv6報文。假設PC1發出了一個1400byte的報文給PC2（當PC1需要發送更大的報文給PC2時，PC1會對報文進行分片，每個分片的大小不會超過MTU）。該報文經R1轉發到達R2。ICMPv6的常見應用：PMTUD(5)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP154.R2意識到報文的大小超出了本地出接口的MTU（1300byte），于是將報文丟棄，同時回復一個ICMPv6差錯報文（Type=2，Code=0）給PC1，在該差錯報文中包含出接口MTU值1300byte。ICMPv6的常見應用：PMTUD(6)新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP165.PC1開始使用1300byte作為MTU向PC2發送IPv6報文。3.3NDP新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP17鄰居發現協議NDP（NeighborDiscoveryProtocol）是IPv6協議體系中一個重要的基礎協議。鄰居發現協議替代了IPv4的ARP（AddressResolutionProtocol）和ICMP路由器發現（RouterDiscovery），它定義了使用ICMPv6報文實現地址解析，鄰居不可達性檢測，重復地址檢測，路由器發現，重定向以及ND代理等功能。NDP的主要功能地址解析：IPv6取消了IPv4中的ARP協議，通過NDP協議來實現地址解析功能，使得設備在知曉目標節點的IPv6地址后，能解析到對應的數據鏈路層地址。重復地址檢測：NDP可以發現網絡中的IPv6地址沖突，避免沖突引發的網絡問題。鄰居不可達檢測：NDP可以確認IPv6鄰居的可達性，并建立IPv6鄰居表項，存儲關于鄰居的相關信息，其中包括該鄰居的IPv6地址、數據鏈路層地址、當前的狀態等。NDP可以通過相關動作來檢測鄰居是否依然可達。路由器發現：設備通過該功能發現連接在相同鏈路上的路由器，并獲得路由器通告的相關信息，例如IPv6地址前綴、默認路由器優先級及路由信息等。無狀態地址自動配置：IPv6通過無狀態地址自動配置使得終端能夠以一種低成本的方式，便捷地實現地址自動配置，實現終端即插即用，在這個過程中用戶無需部署應用服務器（例如DHCP服務器）來為終端分發地址。路由器重定向：當網關設備發現報文從其它網關設備轉發比自己更好時，它可以發送重定向報文告知報文的發送者，讓報文發送者選擇更優的網關設備，實現優化主機路由表的作用。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP18NDP報文類型及功能新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP19NDP使用以下幾種ICMPv6報文：RS（RouterSolicitation）：路由器請求報文RA（RouterAdvertisement）：路由器通告報文NS（NeighborSolicitation）：鄰居請求報文NA（NeighborAdvertisement）：鄰居通告報文Redirect：重定向報文RS（路由器請求）報文新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP20RS（RouterSolicitation，路由器請求）報文RS報文的“Type”字段值為133，“Code”字段值為0。當設備需要接收路由器發送的RA報文以便獲取路由器所通告的相關信息時，可以向網絡中發送RS報文來觸發鏈路上的路由器快速回應RA報文。在典型場景中，RS報文以組播的方式發送，報文的目的地址為知名組播地址FF02::2（AllRoutersMulticastAddress，所有路由器組播地址），所有路由器都會加入該組播地址對應的組播組。RA（路由器公告）報文RA（RouterAdvertisement，路由器通告）報文RA報文的“Type”字段值為134，“Code”字段值為0。路由器通過發送RA報文來通告一些網絡參數以及自己的存在。路由器可以在接口上周期性地發送RA報文，也可以在收到RS報文后發送RA報文進行回應。不僅路由器可以發送RA報文，許多支持IPv6功能的交換機、防火墻等路由設備也都具備發送RA報文的能力。RA報文的源地址為該報文始發路由器接口的鏈路本地地址，目的地址通常為FF02::1或觸發該RA報文的RS報文的源地址。所有的IPv6節點都會加入FF02::1對應的組播組。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP21RA（路由器公告）報文（續）CurHopLimit（當前跳數限制）：該字段用于幫助主機完成默認跳數限制（即主機始發的IPv6單播報文的默認跳數限制）的自動配置M（ManagedAddressConfiguration，管理地址配置）標志位：M=1則主機通過有狀態地址自動配置（DHCPv6）獲得IPv6地址；如果M=0則主機通過無狀態地址自動配置獲得IPv6地址。O（OtherConfiguration，其他配置）標志位：O=1則主機可通過DHCPv6獲得除IPv6地址外的其他網絡配置信息，例如DNS服務器信息；如果M=0&O=0則表示主機不通過DHCPv6獲取任何可用的配置信息。注意，如果設置了“M標志位”，則“O標志位”是冗余的。RouterLifetime（路由器生存時間）：當主機收到路由器的RA后，可以通過RA報文將路由器識別為默認路由器，該字段的值是路由器作為默認路由器的生存時間。單位為秒。ReachableTime（可達時間）：用于配置主機的鄰居可達時間，單位為毫秒。RetransTimer（重傳定時器）：節點重傳NS報文之間的時間間隔，主要用于地址解析和鄰居不可達檢測等。單位為毫秒。Options（選項）：RA報文可以攜帶的選項主要包含SourceLink-LayerAddress選項、MTU選項和PrefixInformation（前綴信息）選項。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP22NS（鄰居請求）報文NS（NeighborSolicitation，鄰居請求）報文NS報文的“Type”字段值為135，“Code”字段值為0。NS報文主要用于請求IPv6鄰居節點的數據鏈路層地址，也可以用于通告本節點的數據鏈路層地址。此外，NS報文還用于鄰居不可達檢測、重復地址檢測等。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP23NA（鄰居通告）報文(1)NA（NeighborAdvertisement，鄰居通告）報文NA報文的“Type”字段值為136，“Code”字段值為0。IPv6節點在收到發送給自己的NS報文時，可以使用NA報文進行回應，也可以在未收到NS報文時主動發送NA報文。當NA報文作為某個NS報文的回應時，該NA報文的目的地址通常為NS報文的源地址，而當NS報文的源地址為未指定地址“::”時，對應的NA報文的目的地址為知名組播地址FF02::1。當NA報文為非NS報文所觸發的、節點主動發送的報文時，報文的目的地址通常為知名組播地址FF02::1。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP24NA（鄰居通告）報文(2)R（Router，路由器）標志位：長度為1bit，R=1表示發送該NA報文的節點為路由器。S（Solicited，請求）標志位：長度為1bit，S=1表示該NA報文是作為NS報文的應答。O（Override，覆蓋）標志位：長度為1bit，O=1表示該NA報文所攜帶的信息應覆蓋現有的緩存表項；O=0表示該NA報文不會更新已緩存的數據鏈路層地址。TargetAddress：如果NA報文是由一個NS報文所觸發的，該NA的“TargetAddress”字段填充的是NS報文中的“TargetAddress”字段值；對于并非由NS報文所觸發的NA報文，該字段填充的是對應的數據鏈路層地址已經修改的IPv6地址。Options：主要為TargetLink-Layeraddress（目標鏈路層地址）選項。該選項的內容為目標的數據鏈路層地址，即發送該NA報文的接口的數據鏈路層地址。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP25Redirect（重定向）報文Redirect報文的“Type”字段值為137，“Code”字段值為0。路由器可以向主機發送Redirect報文以便通知該主機在前往目的地的路徑上有更好的第一跳節點。Redirect報文的源地址必須是發送該報文的接口的鏈路本地地址；Redirect報文的目的地址是觸發該重定向的數據包的源地址。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP26TargetAddress：填充的IPv6地址是到達“DestinationAddress”字段所標識的目的地的更優第一跳IPv6地址。DestinationAddress：目的地的IPv6地址，去往該目的地的報文將被重定向到“TargetAddress”字段所填充的地址。NDP報文中的選項選項格式常見選項SourceLink-LayerAddress選項TargetLink-LayerAddress選項PrefixInformation選項RedirectedHeader選項MTU選項新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP27鏈路層地址選項SourceLink-LayerAddress選項和TargetLink-LayerAddress選項格式作用：用于存儲數據鏈路層地址。Type=1表示SourceLink-layerAddress選項，Type=2表示TargetLink-layerAddress選項。SourceLink-LayerAddress選項的值包含數據包發送者的數據鏈路層地址，主要用于RS、RA和NS報文中；TargetLink-LayerAddress選項的值包含目標的數據鏈路層地址，TargetLink-LayerAddress選項主要用于NA和Redirect報文中。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP28PrefixInformation選項用于向主機通告On-Link（在鏈路上）前綴，以及通告用于無狀態地址自動配置的前綴。Type=3，Length=4（表示長度為32byte）新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP29PrefixLength（前綴長度）：表示“Prefix”字段中有效的前導位數。L（On-Link）標志位：為1時表示該選項中包含的前綴可以用于On-Link判斷。為0時表示針對前綴的On-Link或Off-Link（不在鏈路上）屬性不作聲明。A（AutonomousAddress-Configuration，自動地址配置）標志位：為1表示“Prefix”字段中包含的IPv6前綴用于無狀態地址自動配置；為0時表示對應的IPv6前綴不能用于無狀態地址自動配置。ValidLifetime（有效生存時間）：表示“Prefix”中所包含的前綴用于On-Link狀態確定的有效時間長度，單位為秒。PreferredLifetime（首選生存時間）：表示通過無狀態地址自動配置從“Prefix”字段中所包含的前綴生成的地址保持首選的時間長度，單位為秒。Prefix（前綴）：一個IPv6地址或一個IPv6地址前綴。RedirectedHeader選項RedirectedHeader選項用于Redirect報文，包含正在被重定向的全部或部分數據包。Type=4“IPHeader+Data”字段是可變長的，其中包含正在被重定向的全部或部分數據包。新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP30MTU選項MTU選項用于確保鏈路上的所有節點使用相同的MTU值。該選項用于RA報文Type=5新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP31地址解析新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP32IP網絡中當主機需要和目標主機通信時，需要通過ARP協議獲得目的主機的鏈路層地址。在IPv6中，同樣需要從IP地址解析到鏈路層地址的功能，NDP實現了這個功能。地址解析（續）新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP33NDP基于ICMPv6實現，由于NDP使用的報文均為ICMPv6報文，可以被看作第3層的協議。IPv6在三層使用NDP完成地址解析，主要好處：地址解析在三層完成，不同的二層介質可以采用相同的地址解析協議?？梢允褂萌龑拥陌踩珯C制（如IPSec）避免地址解析攻擊。使用被請求節點的組播通信代替ARP的廣播通信發送請求報文，減少了設備性能壓力。重復地址檢測新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP34DAD（DuplicateAddressDetection，重復地址檢測）用于確保IPv6單播地址在鏈路上不存在沖突。接口在啟用任何一個單播IPv6地址前都需要先進行DAD，包括Link-Local地址。NDP使用NS和NA報文來實現DAD功能。重復地址檢測（續）新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP35一個IPv6單播地址在分配給一個接口之后且通過重復地址檢測之前稱為暫時地址（TentativeAddress）。此時該接口不能使用這個暫時地址進行單播通信，但是仍然會加入兩個組播組：全節點ALL-NODES組播組和暫時地址所對應的被請求節點Solicited-Node組播組。在執行DAD的過程中，節點向目標IPv6地址對應的被請求節點組播組地址發送一個NS報文，如果收到NA報文，就證明該地址已被鏈路上的其他節點使用了，它將不能使用該地址，否則，一段時間后如果沒有收到應答，則正式啟用該地址。鄰居不可達檢測新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP36IPv6節點需要維護一張鄰居表，每個鄰居都有相應的狀態，狀態之間可以遷移。鄰居表是設備維護的一張體現網絡中其他IPv6鄰居節點信息的表。IPv6鄰居狀態有5種，分別是未完成（Incomplete）、可達（Reachable）、陳舊（Stale）、延遲（Delay）和探查（Probe）。IPv6鄰居狀態遷移過程新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP37R1R21.若R1要與R2通信，R1首先發送NS報文，并在IPv6鄰居表中為R2生成一個鄰居表項，此時鄰居狀態為Incomplete。2.若R2回復NA報文，則鄰居狀態由Incomplete變為Reachable（表示鄰居的狀態為可達），否則固定時間后鄰居狀態由Incomplete變為Empty，即刪除表項。3.在Reachable狀態下，經過鄰居可達時間（即ReachableTime，缺省約為30s），鄰居狀態由Reachable變為Stale（陳舊）。4.如果在Reachable狀態，R1收到R2的非請求NA報文（該NA報文由R2主動發送，而不是以R1的NS報文觸發），且報文中攜帶的R2的數據鏈路層地址和鄰居表項中已緩存的內容不同，則鄰居狀態立刻變為Stale，表示表項已經陳舊。5.在Stale狀態下，若R1要向R2發送數據，則鄰居狀態由Stale變為Delay，并發送NS報文給R2，如果收到了R2回應的NA報文，則鄰居狀態變為Reachable。6.在經過一段固定時間后，如果依然沒有收到R2回應的NA報文，則鄰居狀態由Delay變為Probe。7.在Probe狀態，R1每隔一定時間間隔發送單播NS報文，發送固定次數后，若收到應答則鄰居狀態變為Reachable，否則鄰居狀態變為Empty，即刪除表項。路由器發現與前綴發現新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP38設備通過NDP的路由器發現功能來發現連接在相同鏈路上的路由器，并獲得路由器通告的相關信息，例如IPv6地址前綴、默認路由器優先級及路由信息等。IPv6支持無狀態地址自動配置，即節點通過某種機制（如路由器發現）獲取網絡前綴信息，然后主機自己生成地址的接口標識部分。路由器發現功能是IPv6地址無狀態地址自動配置功能的基礎，主要通過以下兩種報文實現：路由器通告RA（RouterAdvertisement）報文：路由器為了讓二層網絡上的主機和設備知道自己的存在，通常會周期性發送RA報文，RA報文中可攜帶IPv6網絡前綴信息，及其他一些標志位信息。RA報文的Type字段值為134。路由器請求RS（RouterSolicitation）報文：主機接入網絡后希望盡快獲取網絡前綴，可以主動發送RS報文，RS報文的Type字段值為133。路由器發現流程新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP39主機主動發現路由器流程當主機啟動時，主機可以向本地鏈路范圍內所有的路由器主動發送RS報文，觸發路由器響應RA報文。主機發現本地鏈路上的路由器后，自動配置缺省路由器，建立缺省路由表、前綴列表和設置其它的配置參數。路由器周期性發送路由器周期性發送RA報文對于定期發送的RA報文，源IPv6地址是發送接口的鏈路本地地址，目的IPv6地址是鏈路范圍內的全節點組播地址FF02::1。默認路由器優先級和路由信息發現舉例新一代互聯網技術與實踐-ICMPv6與NDP40無狀態地址自