ICMPv6之NDP协议

前面我们学习了ICMP与ICMPv6的基础知识，现在开始学习下ICMPv6对于IPv6的支持实现的功能。

## 一、NDP协议
**NDP（Neighbor Discovery Protocol）** 是IPv6网络中用于节点（包括主机和路由器）在本地链路上发现彼此、获取网络配置信息、维护邻居状态以及执行相关网络管理功能的重要协议。NDP基于ICMPv6（Internet Control Message Protocol version 6）实现，并取代了IPv4中的ARP（Address Resolution Protocol）和ICMP路由器发现机制。

NDP实现的功能是通过ICMPv6报文来实现，通过不同类型的报文来实现。

NDP主要功能：
- 重复地址检测（DAD）
- 地址解析
- 路由器发现与选择
- 前缀发现与状态更新
- 邻居状态跟踪与可达性确认
- 重定向

![NDP功能](/media/202404/2024-04-28_120519_3246460.015307054521926267.png)

NDP基于ICMPv6报文实现上述功能。这些报文包括Neighbor Solicitation(NS报文)、Neighbor Advertisement(NA报文)、Router Solicitation(RS报文)和Router Advertisement(RA报文)，它们都封装在IPv6数据包内，并在本地链路上广播或单播发送。节点通过监听和处理这些报文，实现**地址解析**、**重复地址检测**、**路由器发现**、**前缀发现**、**邻居状态跟踪**以及**重定向**等过程。

![ICMPv6 type类型报文](/media/202404/2024-04-28_120536_3248770.3605267723385146.png)

### 1.1 路由器发现
路由器发现是指主机发现本地链路上的路由器和确定其配置的过程。可以实现的功能：
- 路由器发现，主机定位邻居路由器以及选择哪一个路由器作为缺省网关的过程
- 前缀发现，获取本地链路上的IPv6前缀，用于自身的无状态自动配置
- 参数发现，发现相关操作参数，如输出报文的跳数限制、地址配置方式等

主要使用**Router Solicitation(RS路由器请求报文)** 和 **Router Advertisement(RA路由器通告报文)** 。

有两种方式产生：主机请求触发和路由器定期发送。

![主机请求触发](/media/202404/2024-04-28_120553_5057320.060046551018231975.png)

![路由器定期发送](/media/202404/2024-04-28_120611_1790980.4320788930687828.png)

**默认情况下，华为路由器接口不发送ICMPv6 RA报文**，则该接口所连链路上的其他设备无法进行无状态地址自动配合。
若想进行IPv6无状态地址配置，需要手工开启发送RA报文。命令如下：
```ssh
# 开启RA发送
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] undo ipv6 nd ra halt

# 查看ND报文状态
[AR2-GigabitEthernet0/0/0]dis ipv6 int g0/0/0
GigabitEthernet0/0/0 current state : UP 
IPv6 protocol current state : UP
IPv6 is enabled, link-local address is FE80::2E0:FCFF:FEFE:4B9C
  Global unicast address(es):
    2001::2, subnet is 2001::/64
  Joined group address(es):
    FF02::1:FF00:2
    FF02::2
    FF02::1
    FF02::1:FFFE:4B9C
  MTU is 1500 bytes
  ND DAD is enabled, number of DAD attempts: 1
  ND reachable time is 30000 milliseconds
  ND retransmit interval is 1000 milliseconds
  ND advertised reachable time is 0 milliseconds
  ND advertised retransmit interval is 0 milliseconds
  ND router advertisement max interval 600 seconds, min interval 200 seconds # 发送间隔
  ND router advertisements live for 1800 seconds      # 存活时间
  ND router advertisements hop-limit 64               # 跳数限制
  ND default router preference medium                 # 路由优先级
  Hosts use stateless autoconfig for addresses
```

实际情况下我在模拟器的PC上没有抓到RS的报文，只能在两台路由器间开启RA报文发送。

![报文捕获](/media/202404/2024-04-28_120638_6624280.2880514162825252.png)

至于为什么会发送到FF02::1这个地址，前面大致有讲了一嘴这个是所有节点的组播地址。也可以通过查看接口的ipv6信息看到有加入这个组播组。

![组播地址](/media/202404/2024-04-28_120654_9836560.09194012595066203.png)

### 1.2 重复地址检测
重复地址检测是节点确定即将使用的地址是否被另一节点使用的过程。

在节点自动配置某个接口的IPv6单播地址之前，必须在本地链路范围内验证要使用的地址是唯一的，并且未被其他节点使用过。只要NS报文发送到本地链路上（缺省发送一次NS报文），如果在规定时间内没有NA报文进行应答，则认为这个临时单播地址在本地链路上是唯一的，可以分配给接口；反之，这个临时地址是重复的，不能配置到接口。

![重复地址检测1](/media/202404/2024-04-28_120710_4209840.6449669689996508.png)

![重复地址检测2](/media/202404/2024-04-28_120724_1698060.6269144329409575.png)

类似于DHCP服务器检测地址冲突一样，先通过NS报文发送到组播地址里，查询是否有人使用。

### 1.3 地址解析
在IPv4中，我们通过ARP表来记录ip地址与mac地址的关系，但是在IPV6中，是通过ICMPv6的**Neighbor Solicitation(NS报文)**、**Neighbor Advertisement(NA报文)** 来进行地址解析的。

![地址解析](/media/202404/2024-04-28_120743_4283210.7131629189315143.png)

当PC1要传送数据包到PC2时，如果不知道PC2的链路层地址，则需要完成以下协议交互过程：
- PC1发送一个NS报文到网络上，目的地址为PC2对应的被请求节点组播地址（FF02::1:FF84:EFDC），选项字段中带上PC1的链路层地址000D-88F8-03B0。
- PC2侦听到该NS报文后，由于报文的目的地址FF02::1:FF84:EFDC，自己在该组播组，处理该报文；同时，根据NS报文的源地址和源链路层地址选项更新自己的邻居缓存表项。
- PC2发送一个NA报文应答NS，同时在消息的目标链路层地址选项中带上自己的链路层地址0013-7284-EFDC。
- PC1接收到NA报文后，获悉了PC2的链路层地址，创建一个目标节点的邻居缓存表项。

这样通过交互后，PC1和PC2就知道了对方的链路层地址，建立其对方的邻居缓存表项（类似于IPv4的ARP表），就可以相互通信了。

前面我们讲的被请求节点地址就在这里派上用场了，目的地址对应的被请求节点组播会接收到源主机发送的NS报文，里面携带了源主机的MAC信息，目的主机收到该报文回复NA报文，携带自身的参数，双方建立缓存表项。

### 1.4 邻居状态跟踪
在IPv6中，邻居指的是链接到IPv6接口的节点。这些节点在同一链路上，IPv6邻居表包含所有静态配置和动态检测到的IPv6邻居，也称为IPv6邻居发现缓存。

通过上面的邻居发现，会在设备中保存一张邻居表。
```ssh
# 查看邻居表，下面的信息表示有两个邻居，包括全球单播地址和链路本地地址的邻接在G0/0/0接口上
[AR1]dis ipv6 neighbors 
-----------------------------------------------------------------------------
IPv6 Address : 2001::2                                           
Link-layer   : 00e0-fcfe-4b9c                     State : STALE        
Interface    : GE0/0/0                            Age   : 9                   
VLAN         : -                                  CEVLAN: -                   
VPN name     :                                    Is Router: TRUE             
Secure FLAG  : UN-SECURE

IPv6 Address : FE80::2E0:FCFF:FEFE:4B9C                          
Link-layer   : 00e0-fcfe-4b9c                     State : STALE        
Interface    : GE0/0/0                            Age   : 9                   
VLAN         : -                                  CEVLAN: -                   
VPN name     :                                    Is Router: TRUE             
Secure FLAG  : UN-SECURE

-----------------------------------------------------------------------------
Total: 2       Dynamic: 2       Static: 0

# 清除邻居表
<AR1>reset ipv6 neighbors all
```

邻居状态：

![邻居状态](/media/202404/2024-04-28_120808_2984030.03817901536737167.png)

![邻居状态迁移](/media/202404/2024-04-28_120821_9389410.3688409402599625.png)

### 1.5 重定向

![重定向](/media/202404/2024-04-28_120840_3785200.36658260340994986.png)

总结：**NDP（Neighbor Discovery Protocol）** 是IPv6网络中用于节点（包括主机和路由器）在本地链路上发现彼此、获取网络配置信息、维护邻居状态以及执行相关网络管理功能的重要协议。通过NS、NA、RS、RA、重定向报文实现地址检测、邻居发现与状态追踪、地址解析功能。