ICMPv6基础知识

前面我们学习了IPv6的基础概念以及IPv6地址的格式与分类，在IPv4中我们通过ARP、广播、ICMP进行地址冲突检测、网络连通性，但是在IPv6中是没有广播和ARP的，都是通过ICMPv6来实现其功能，所以这里我们需要了解下ICMPv6。

## 一、ICMP协议
**ICMP（Internet Control Message Protocol）是互联网控制消息协议**，它是TCP/IP协议族中一个重要的网络层协议，主要负责在网络设备（如主机、路由器）之间传递控制消息。

ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

![主机间连通性](/media/202404/2024-04-28_115830_2377320.474596809386723.png)

ICMP消息封装在IP报文中，IP报文头部Protocol值为1时表示ICMP协议。ICMP消息的格式取决于**Type**和**Code**字段，其中Type字段为消息类型，Code字段包含该消息类型的具体参数。**校验和字段**用于检查消息是否完整。

![ICMP报文](/media/202404/2024-04-28_115844_8747350.562888905247547.png)

### 1.1 ICMP差错控制
ICMP的一个典型应用是Ping。Ping是检测网络连通性的常用工具，同时也能够收集其他相关信息。用户可以在Ping命令中指定不同参数，如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等，设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文，进行Ping测试。

![Ping检测应用](/media/202404/2024-04-28_115902_0557620.14908136484310308.png)

简单说就是发送(8,0)的echo request，然后目的主机发送(0,0)的echo reply报文代表网络连通性正常。

![报文抓包](/media/202404/2024-04-28_115923_9199840.40738247737496214.png)

### 1.2 ICMP错误报告
ICMP定义了各种错误消息，用于诊断网络连接性问题；根据这些错误消息，源设备可以判断出数据传输失败的原因。如：当网络设备无法访问目标网络时，会自动发送ICMP目的不可达报文到发送端设备。

功能：**Tracert**
Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。Tracert是检测网络丢包和时延的有效手段，同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路。

ICMP的另一个典型应用是Tracert。Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。为了跟踪到达某特定目的地址的路径，源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后，TTL超时，于是该节点向源端发送TTL超时消息，消息中携带时间戳。然后源端将报文的TTL值设置为2，报文到达第二个节点后超时，该节点同样返回TTL超时消息，以此类推，直到报文到达目的地。这样，源端根据返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点，并根据时间戳信息计算往返时间。

![Tracert](/media/202404/2024-04-28_115940_0627600.9634788852829856.png)

### 1.3 ICMP重定向
ICMP重定向报文是ICMP控制报文中的一种。在特定的情况下，当路由器检测到一台机器使用非最优路由的时候，它会向该主机发送一个ICMP重定向报文，请求主机改变路由。

ICMP重定向过程：
- 主机A希望发送报文到服务器A，于是根据配置的默认网关地址向网关RTB发送报文。
- 网关RTB收到报文后，检查报文信息，发现报文应该转发到与源主机在同一网段的另一个网关设备RTA，此转发路径是更优的路径，所以RTB会向主机发送一个Redirect消息，通知主机直接向另一个网关RTA发送该报文。
- 主机收到Redirect消息后，会向RTA发送报文，然后RTA会将该报文再转发给服务器A。

![ICMP重定向](/media/202404/2024-04-28_115954_1321540.893123661478029.png)

## 二、ICMPv6协议
ICMPv6（Internet Control Message Protocol version 6）是专为IPv6网络设计的控制消息协议，作为IPv6协议栈的一个重要组成部分，它继承了ICMPv4的基本功能，并针对IPv6的新特性进行了扩展和优化。

**作用与用途：**

- 网络诊断与故障检测： 类似于ICMPv4，ICMPv6支持ping6命令来测试网络连通性，通过Echo Request/Reply报文进行双向确认。traceroute6工具则利用ICMPv6消息来追踪数据包的路由路径。
- 错误报告与通知： 当IPv6数据包在传输过程中遇到问题时，ICMPv6发送差错报文通知发送方。这些报文类型包括Destination Unreachable、Packet Too Big、Time Exceeded、Parameter Problem等，对应不同的错误情况。
- 网络配置与维护： ICMPv6在IPv6环境中承担了更多的网络配置和维护任务，尤其是通过邻居发现协议（Neighbor Discovery Protocol, NDP）实现的功能，包括：

- 地址解析（替代IPv4 ARP）： 使用Neighbor Solicitation（NS，类型135）和Neighbor Advertisement（NA，类型136）报文实现节点间地址解析。
  - 重复地址检测（DAD）： 新节点通过发送NS报文验证其拟使用的IPv6地址是否唯一。
  - 路由器发现与选择： 节点通过Router Solicitation（RS，类型133）和Router Advertisement（RA，类型134）报文发现并选择默认路由器。
  - 前缀发现与状态更新： RA报文携带网络前缀信息，使节点能自动配置IPv6地址，并了解前缀变化情况。
  - 重定向： 路由器发送Redirect报文（类型137）指导节点使用更优的下一跳地址。
  
ICMPv6与IPv6紧密集成，是IPv6协议栈的标准组件，用于补充和增强IPv6协议的功能。ICMPv6位于网络层（第三层），与IPv6协议直接交互，为上层协议（如TCP、UDP）提供网络状况反馈和诊断服务。

### 2.1 ICMPv6报文

![ICMPv6报文结构](/media/202404/2024-04-28_120012_8473220.00908448343330115.png)

- ICMPv6报文载荷由ICMPv6报文类型决定，因报文类型的不同而不同。
- Type：表明消息的类型。
- Code：表示消息类型的细分。
- Checksum：表示ICMPv6报文的校验和。

ICMPv6报文分类两类：**差错消息**和**信息消息**

![报文类型](/media/202404/2024-04-28_120028_7648670.3580509948468399.png)

### 2.2 ICMPv6-Path MTU发现
在IPv6中，中间转发设备不对报文进行分片而是在源设备进行分片，那源设备怎样知道路径上的MTU是多少呢？这里通过Path MTU来检测。

![Path MTU发现](/media/202404/2024-04-28_120047_0789090.13930521877798407.png)

简单就是需要获取路径上接口的最小MTU，然后在源设备进行分片。

### 2.3 ICMPv6-Ping应用

![Ping应用](/media/202404/2024-04-28_120103_2475680.06151117359438096.png)

通过发送(128,0)echo request和(129,0)echo reply报文进行联通性测试。

上面的是ICMPv6的基本报文类型，除了上面的还有一些专门为了IPv6实现功能的报文类型下次继续。

总结：ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。常见的如：**Ping**、**Tracertroute**、**重定向**等等。ICMPv6是专为IPv6网络设计的控制消息协议，作为IPv6协议栈的一个重要组成部分，它继承了ICMPv4的基本功能，并针对IPv6的新特性进行了扩展和优化。除了支持ICMP的功能还扩展了一些报文用以支持IPv6如**NDP**、**地址解析**、邻居发现等。

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