Protokół Neighbor Discovery

Wstęp
Porównanie protokołu ND z rozwiązaniami istniejącymi w IPv4
Formaty komunikatów protokołu Neighbor Discovery
Opcje protokołu Neighbor Discovery
Komunikaty protokołu Neighbor Discovery
Wykorzystanie komunikatów protokołu Neighbor Discovery

Wstęp

Węzły (hosty i routery) używają protokołu rozpoznawania sąsiedztwa ND do określania adresów warstwy łącza danych dla sąsiadów podłączonych do tego samego łącza. Hosty używają tego protokołu do znajdowania sąsiednich routerów, które zgodzą się przesyłać ich datagramy. Protokół jest używany przez węzły do śledzenia stanu dostępności swoich sąsiadów i do wykrywania zmian adresów warstwy łącza danych.

• Rozpoznawania routerów (ang. Router Discovery) – umożliwiający hostowi lokalizowanie routerów, które dołączone są do tego samego łącza co host.
• Rozpoznawania prefiksu (ang. Prefix Discovery) – umożliwiający hostowi znalezienie zbioru prefiksów adresów określających, które węzły docelowe dołączone są to tego samego łącza, co host (węzły używają prefiksów do rozróżniania węzłów docelowych dostępnych bezpośrednio poprzez łącze od tych, które są dostępne poprzez router).
• Rozpoznawania parametrów (ang. Parameter Discovery) – umożliwiający węzłowi otrzymanie informacji o parametrach łącza, takich jak MTU dla łącza lub parametrów sieci Internet, takich jak wartość ograniczająca liczbę przeskoków umieszczaną w wysyłanych datagramach.
• Automatycznej konfiguracji adresów (ang. Address Autoconfiguration) – umożliwiający węzłowi automatyczne konfigurowanie adresów dla jego interfejsów.
• Odwzorowania adresów (ang. Address Resolution) – umożliwiający węzłowi określanie adresu warstwy łącza danych węzłów docelowych, które dołączone są tego samego łącza (tj. sąsiadów), jeśli dany jest tylko ich adres IP.
• Określania węzła następnego przeskoku (ang. Next-hop Determination) – odwzorowujący docelowe adresy IP w adresy IP węzłów sąsiednich, do których należy skierować ruch wysyłany na dany adres docelowy. Węzłem następnego przeskoku może być router lub sam węzeł docelowy.
• Wykrywania braku dostępu do sąsiadów (ang. Neighbor Unreachability Detection) –umożliwiający węzłowi stwierdzenie braku dostępu do sąsiada. Jeśli sąsiadem jest router, wtedy węzeł może użyć domyślnego routera alternatywnego.
• Wykrywaniaduplikatów adresów (ang. Duplicate Address Detection) – umożliwiający węzłowi określenie czy adres, którego chciałby dla siebie użyć, nie jest już używany przez inny węzeł.
• Przekierowania (ang. Redirect)– umożliwiający routerowi informowanie hosta o tym, że istnieje inny węzeł pośredni, który oferuje lepsze przesyłanie datagramów wysyłanych na określony adres docelowy.

• Router Solicitation – gdy interfejs przestaje być dostępny, host może wysłać tę wiadomość, która jest żądaniem niezwłocznego wygenerowania wiadomości – Router Advertisement(host nie musi czekać na wiadomość Router Advertisement, która w „normalnych warunkach” wysyłana jest okresowo).
• Router Advertisement – routery ogłaszają swoją obecność informując o łączach, do których są podłączone oraz o innych parametrach. Wiadomości ogłoszeniowe wysyłane są okresowo lub w odpowiedzi na wiadomość Router Solicitation. Wiadomość Router Advertisement zawiera informację o prefiksach, które są używane przez węzły do określania, czy router znajduje się na tym samym łączu, a także do konfiguracji adresów; zawiera także sugerowaną wartość ograniczającą liczbę przeskoków.
• Neighbor Solicitation – wiadomość wysyłana w celu określenia adresu warstwy łącza danych dla węzła sąsiedniego lub do sprawdzenia, czy węzeł sąsiedni jest wciąż dostępny za pomocą adresu warstwy łącza danych, przechowywanego w pamięci podręcznej. Wiadomość ta używana jest także przez mechanizm wykrywania duplikatów adresów.
• Neighbor Advertisement – odpowiedź na wiadomość Neighbor Solicitation. Węzeł może także wysłać wiadomość Neighbor Advertisement, która nie jest odpowiedzią informującą o zmianie adresu warstwy łącza danych.
• Redirect – wiadomość używana przez routery do informowania hostów o tym, że istnieje inny węzeł pośredni, który oferuje lepsze przesyłanie datagramów wysyłanych na określony adres docelowy.

• Zmianę adresu warstwy łącza danych – węzeł, który wie, że jego adres warstwy łącza danych zmienił się, może wysłać na adres multicastowy do wszystkich węzłów kilka wiadomości Neighbor Advertisement umożliwiających szybką zmianę tych adresów warstwy łącza danych z pamięci podręcznej, które przestały być aktualne. Wysyłanie tych wiadomości jest opcjonalne i służy tylko poprawie wydajności. Dopiero algorytm wykrywania braku dostępu do sąsiadów zapewnia, że wszystkie węzły na pewno zostaną poinformowane o nowym adresie, chociaż opóźnienie może być w tym przypadku większe.
• Równoważenieruchu wchodzącego – węzły z więcej niż jednym interfejsem podłączonym do tego samego łącza mogą chcieć zrównoważyć ich obciążenie. W tych węzłach jeden sterownik sieciowy może traktować kilka interfejsów, jako jeden logiczny interfejs posiadający kilka adresów warstwy łącza danych. Równoważenie ruchu wprowadza się poprzez umożliwienie routerom pominięcia adresu źródłowego warstwy łącza danych w wiadomościach Router Advertisement, i w ten sposób wymuszenie na sąsiednich węzłach używania wiadomości Neighbor Solicitation do uzyskania informacji o adresie warstwy łącza danych routera. W zależności od tego, który węzeł wysłał żądanie wysyłana w odpowiedzi wiadomość Neighbor Advertisement może zawierać różne adresy warstwy łącza danych.

Porównanie protokołu ND z rozwiązaniami istniejącymi w IPv4

• Mechanizm rozpoznawania routerów należy teraz do zbioru podstawowych protokołów. Hosty nie muszą już ingerować w protokoły doboru tras.
• Wiadomości Router Advertisement mogą przenosić adresy warstwy łącza danych. Nie ma potrzeby wymiany dodatkowych komunikatów do rozwiązywania adresów warstwy łącza danych.
• Wiadomości Router Advertisement przenoszą prefiksy adresów dla łącza. Nie ma potrzeby istnienia oddzielnego mechanizmu do konfigurowania maski podsieci (netmask).
• Wiadomości Router Advertisement umożliwiają automatyczną konfigurację adresów.
• Routery mogą ogłaszać hostom wartość MTU w danym łączu. Istnieje wtedy pewność, że wszystkie węzły używają tej samej wartości MTU dla łącza.
• Przekierowania zawierają adres warstwy łącza danych węzła następnego skoku; po otrzymaniu przekierowania oddzielna konwersja adresu nie jest potrzebna.
• Z jednym łączem może być skojarzonych kilka prefiksów. Domyślnie, hosty otrzymują informacje o wszystkich prefiksach określających łącza, do których są dołączone, z wiadomości Router Advertisement. Czasami jednak routery mogą być skonfigurowane tak, by pomijać niektóre lub wszystkie prefiksy w swoich wiadomościach ogłoszeniowych. W takim przypadku hosty zakładają, że węzły docelowe nie są podłączone do tego samego łącza i ruch skierowany do nich wysyłają do routerów. Jeśli zachodzi potrzeba (tj. węzeł docelowy jest dołączony do tego samego łącza, co nadawca), router może przekierować taki ruch.
• W przeciwieństwie do protokołu IPv4, odbiorca wiadomości Redirect w wersji IPv6 zakłada, że nowy węzeł następnego przeskoku jest podłączony do tego samego łącza. W protokole IPv4, host ignorował przekierowania określające węzeł następnego przeskoku, który – według maski sieciowej łącza – nie był podłączony do tego samego łącza, co host. Mechanizm przekierowania ma być użyteczny w łączach, w których węzły nie są w stanie lub nie powinny poznać wszystkich prefiksów węzłów docelowych dołączonych do tych łączy.
• Mechanizm wykrywania braku dostępu do sąsiadów w znaczący sposób poprawia odporność na błędy występujące podczas dostarczania datagramu (awarii routerów, awarii części łączy lub gdy występują hosty, które zmieniły swoje adresy warstwy łącza danych). Na przykład węzły ruchome mogą przenieść się poza łącze bez straty możliwości połączenia, która mogłaby być spowodowana brakiem zmian w pamięci podręcznej protokołu konwersji adresów (ARP).
• W przeciwieństwie do protokołu konwersji adresów (ARP), protokół rozpoznawania sąsiedztwa wykrywa błędy na łączach odcinające jeden kierunek łącza (używając do tego mechanizmu wykrywania dostępu do sąsiadów) i w ten sposób unika kierowania ruchu do sąsiadów, z którymi połączenie dwustronne jest niemożliwe.
• W odróżnieniu od protokołu rozpoznawania routerów dla IPv4 (IPv4 Router Discovery) wiadomości Router Advertisement nie zawierają pola preference. Pole preference nie jest potrzebne w przypadku routerów działających niestabilnie, mechanizm wykrywania braku dostępu do sąsiadów wykryje niedziałające routery i przełączy na routery działające.
• Użycie adresów lokalnych łączy do jednoznacznego identyfikowania routerów (przez wiadomości Router Advertisement i Redirect) umożliwia hostom utrzymanie połączenia z routerem w przypadku, gdy miejscu w sieci zostają przydzielone nowe globalne prefiksy.
• Umieszczenie konwersji adresów na poziomie protokołu ICMP sprawia, że protokół rozpoznawania sąsiedztwa jest bardziej niezależny od medium niż protokół ARP oraz można go użyć ze standardowymi mechanizmami uwierzytelniania i bezpieczeństwa dla IPv6.

Format komunikatów protokołu Neighbor Discovery

Każdy nagłówek komunikatu protokołu Neighbor Discovery (ND) zawiera 8-bitowe pola Typ i Kod, 16-bitową sumę kontrolną ICMPv6, kilka specjalnych pól oraz kilka zdefiniowanych wartości pole Opcje. Kolejne wersje protokołu mogą definiować nowe wartości pola opcji. Odbiorca musi „po cichu” ignorować opcje, które nie są przez niego zaimplementowane, i kontynuować dalsze przetwarzanie komunikatu. Komunikaty protokołu ND są wysyłane, jako komunikaty ICMP o typach 133 do 137.

Opcje protokołu Neighbor Discovery

Opcje Source/Target Link-Layer Address

Opcja Prefix Information

Opcja Redirected Header

Opcja wykorzystywana jest w komunikatach przekierowujących i zawiera cały datagram lub jego część podlegająca przekierowaniu. Opcja ta musi być ignorowana przez inne komunikaty protokołu Neighbor Discovery.

Opcja MTU

Komunikaty protokołu Neighbor Discovery

Protokół ND definiuje pięć typów komunikatów:

• Router Solicitation
• Router Advertisement
• Neighbor Solicitation
• Neighbor Advertisement
• Redirect

Router Solicitation

Router Advertisement

 Neighbor Solicitation

Neighbor Advertisement

Redirect

Wykorzystanie komunikatów Neighbor Discovery

• Rozwiązywaniem adresów - Address resolution – w tym z mechanizmem odkrywania zduplikowanych adresów
• Odkrywaniem routera - Router discovery – włączając w to odkrywanie prefiksów i innych parametrów
•  Odkrywaniem niedostępności sąsiadów
• Przekierowaniem do innego (lepszego) routera

• Neighbor cache - przechowuje adresy IP sąsaidów będących w stanie on-link, odpowiadajace im adresy warstwy łacza danych ora zstan dostepnośći danego sąsiada. Neighbor cache jest odpowiednikiem ARP cache w protokole IPv4.
• Destination cache - przechowuje informacje o sposobie dostarczania datagramów do określonych adresów IP.
• Prefix list - przechowuje listę prefiksów on-link. Każdy z wpisów określa zakres adresów IP związanych z danym prefiksem. Lista ta jest rozgłąszana za pomocąkomunikatu Router Advertisement message.
• Default router list - przechowuje listę adresów IP routerów on-link, które to rozgłaszały komunikaty Router Advertisement messages mogą być, zatem traktowane, jako routery domyślne.

Address Resolution

W punkcie tym przedstawiono poszczególne czynności wykonywane podczas autokonfiguracji węzła. Proces autokonfiguracji jest możliwy tylko na węzłach mogących mieć przypisane adresy multicastowe i rozpoczyna się zaraz po inicjalizacji interfejsu (np. podczas startu systemu). Węzły (zarówno hosty jak i rutery) rozpoczynają proces autoconfiguracji od wygenerowania adresów lokalnych łącza dla każdego z interfejsów. Adres lokalny łącza jest tworzony poprzez dodanie do identyfikatora interfejsu prefiksu określającego łącza lokalne.

Tworzenie adresów lokalnych-łącza

• Interfejs jest inicjowany po raz pierwszy.
• Interfejs jest reinicjowanany po chwilowym uszkodzeniu lub został ponownie zainicjowany po chwilowym wyłączeniu przez system nadzoru.
• Interfejs jest po raz pierwszy podłączany do łącza.
• Interfejs staje się dostępny po wyłączeniu go przez system nadzoru.

Detekcja przydzielonych już adresów

• Proces detekcji przydzielonych adresów nie obejmuje adresów anycastowych.
• Każdy adres unicastowy powinien być testowany indywidualnie

Procedura detekcji podwójnych adresów wykorzystuje komunikaty Neighbor Solicitation i Neighbor Advertisement. Jeżeli podwójny adres został odkryty podczas tej procedury, adres taki nie może zostać przydzielony do interfejsu. Jeżeli adres jest związany z identyfikatorem interfejsu,, nowy identyfikator musi zostać przydzielony interfejsowi, lub wszystkie adresy IPv6 musza zostać manualnie skonfigurowane. Metoda detekcji nie jest jednak całkowicie wiarygodna, gdyż możliwe jest przydzielenie dwóch identycznych adresów, np. gdy łącze było uszkodzone w czasie trwania procedury detekcji podwójnych adresów.