IPv6/Neighbor Discovery Protocol

Neighbor Discovery Protocol (NDP) - Address Resolution mit IPv6

Beschreibung

Nachfolger des Address Resolution Protocol (ARP) bei IPv6

IPv6/Adressen in Link-Layer-Adressen auflösen

Familie Internetprotokolle
Einsatzfeld Netzwerkadressenzuordnung
aufbauend auf Netzzugangsschicht

Verwendung

NDP wird von den am IPv6-Netzwerk beteiligten Knoten benutzt, um die Link-Layer-Adresse von anderen am selben Netzwerk hängenden Knoten ausfindig zu machen und zum Aktualisieren der gecachten Adressen

Für alle nicht am selben Netzwerk hängenden Knoten wird NDP benutzt, um einen/den Router zu finden, der die Pakete weiterleiten kann

Funktionsweise

NDP-Knoten verwalten für jedes Interface folgende Informationen

Information	Beschreibung
Neighbor Cache	Adressen, an die etwas gesendet wurde und die sich im selben Netzwerk befinden Zu jedem Eintrag einer IPv6-Adresse steht ihre Link-Layer-Adresse Auch weitere Informationen werden hier verwaltet, wie zum Beispiel Pointer auf Pakete, die auf die Adressauflösung warten, Informationen für die Erreichbarkeitsprüfung oder ob es ein Router ist
Destination Cache	Adressen, an die etwas gesendet wurde Für jeden Eintrag wird, per Link auf den Neighbor Cache, gespeichert, welches der nächste Hop ist, den ein Paket nehmen soll
Prefix List	Präfixe, die auf demselben Netz gültig sind Jeder Eintrag, außer der zur link-lokalen Adresse, hat ein Ablaufdatum Somit bleiben nur Netze in der Liste, die von einem Router verkündet werden
Default Router List	Router, die für das Interface bekannt sind Einträge verweisen auf Einträge im Neighbor Cache Zusätzlich haben sie ein Ablaufdatum, sodass alte Router verschwinden und nur die erhalten bleiben, die ihre Anwesenheit verkünden

Die Informationen zum Erstellen dieser Listen werden per ICMPv6 (Internet Control Message Protocol V6) ausgetauscht

ICMPv6-Typen

NDP definiert zu diesem Zweck fünf ICMPv6-Typen

Router- und Präfix-Ermittlung

Router versenden in gewissen Zeitabständen Router-Advertisement-Nachrichten per Multicast

Die Informationen in diesen Nachrichten werden verwendet, um die Default Router List und die Prefix List zu erstellen
Nach Ablauf der angegebenen Lebenszeit werden die Einträge wieder aus den Listen gelöscht
Dadurch bleiben nur Router eingetragen, die aktiv sind und ihre Anwesenheit periodisch kundtun

Um nicht auf das nächste geplante Router Advertisement warten zu müssen, kann ein Knoten per Router-Solicitation-Nachricht an die Router-Multicast-Adresse ein Router Advertisement erzwingen

Dies ist besonders beim Aktivieren eines neuen Interfaces von Vorteil, um mit der Konfiguration nicht warten zu müssen

Parameterermittlung

Mit diesem Mechanismus ermitteln Knoten relevante Parameter für den Link (z. B. die für den Link verwendete MTU), an dem sie angeschlossen sind, oder Internet Parameter (wie zum Beispiel den Wert für den Hop Limit), die für ausgehende Pakete verwendet werden müssen

Adress-Autokonfiguration

Mit diesem Verfahren konfigurieren Netzknoten IPv6-Adressen für ihre Interfaces ohne einen DHCP-Dienst zu nutzen

Bestimmung des nächsten Hops

Wenn ein Paket versendet werden soll, wird im Destination Cache nachgeschaut, ob für dieses Ziel schon ein Eintrag vorhanden ist

Wenn kein Eintrag existiert, wird anhand der Prefix List und der Default Router List der nächste Hop für das Paket ermittelt
Diese Information wird dann im Destination Cache gespeichert, um dies nicht jedes Mal ermitteln zu müssen

Wenn der neue Eintrag auf einen nichtvorhandenen Eintrag im Neighbor Cache zeigt, wird dieser ebenfalls erzeugt, als unfertig markiert und die Adressauflösung (engl. Address resolution) angestoßen

Das Paket wird in die Queue gestellt und im Neighbor Cache ein Pointer darauf gesetzt

Adressauflösung

Um die Link-Layer-Adresse eines Knotens zu ermitteln, wird eine Neighbor-Solicitation-Nachricht per IPv6-Multicast an die sog. Solicited Nodes-Adresse des Ziels versendet

Anzumerken ist, dass auf Link-Layer-Ebene ebenfalls Multicast genutzt wird – jeder IPv6-Knoten muss also auf Link-Layer-Ebene nicht nur auf seine originäre feste MAC-Adresse (z. B. Ethernet) hören, sondern auch auf eine spezifische Multicast-Adresse, die auf seiner IPv6-Adresse beruht
Im Neighbor-Solicitation-Paket ist dann die vollständige gesuchte IPv6-Adresse in den Nutzdaten enthalten, und nur der Knoten mit der gleichen Adresse antwortet darauf
Er verschickt eine Neighbor-Advertisement-Nachricht
Die darin enthaltenen Informationen werden im Neighbor Cache gespeichert
Wenn ein Eintrag noch unfertig war, kann er nun als erreichbar markiert werden und die Pakete, auf die er verweist, können ausgelöst werden

Beispiel

Ein IPv6-Host in einem Ethernet-Netzwerk mit einer MAC-Adresse 00:1d:e0:2a:42:42 bekommt über EUI-64 eine link-lokale IPv6-Adresse fe80::021d:e0ff:fe2a:4242

Die zugehörige Solicitated Node Multicast Adresse, an welche Neighbor-Solicitation-Paket auf IPv6-Ebene versendet werden, lautet FF02::1:FF2a:4242
Der Host hört auf der Link-Layer-Ebene nicht nur auf seine MAC-Adresse 00:1d:e0:2a:42:42, sondern auch auf die (der Solicitated Node Multicast Adresse zugeordneten) Ethernet-Multicast-Adresse 33:33:ff:2a:42:42. 33:33 ist dabei der Teil, der ein IPv6 Multicast-Paket im Ethernet kennzeichnet, ff:2a:42:42 identifiziert die eigentliche Gruppe (Multicast)

Erkennung der Nichterreichbarkeit des Nachbarn

Um den Neighbor Cache aktuell zu halten, wird versucht herauszufinden, ob die Einträge darin noch aktuell sind

Es gibt dabei verschiedene Wege festzustellen, ob ein Knoten nicht aktiv ist
Solange man TCP-Daten oder TCP-Empfangsbestätigungen erhält, weiß man, dass der Knoten noch erreichbar ist

Wenn ein Eintrag seine Lebenszeit überschreitet, ohne durch Verkehr bestätigt zu werden, wird er als veraltet markiert

Sobald ein Paket versendet werden will, wird der Eintrag als verzögert markiert und für kurze Zeit versucht, ihn durch Verkehr zu bestätigen
Wenn dies nicht passiert, wird erneut eine Neighbor-Solicitation-Nachricht gesendet, um den Knoten aktiv zu testen
Wenn er nicht antwortet, wird er aus dem Neighbor Cache gelöscht

Erkennung doppelter Adressen

Mit diesem Verfahren ermitteln Netzknoten, ob die Adresse, die sie sich bei der Autokonfiguration gegeben haben, eindeutig ist

Umleitung

Redirect-Nachrichten werden vom Router verschickt, um andere Knoten über einen besseren ersten Hop für eine Zieladresse zu informieren

Beim Empfangen einer solchen Nachricht wird der Destination Cache aktualisiert
Wenn kein passender Eintrag im Destination Cache gefunden wird, wird ein neuer erstellt

ICMPv6-Typen

Type	Bezeichnung
133	Router Solicitation
134	Router Advertisement
135	Neighbor Solicitation
136	Neighbor Advertisement
137	Redirect

Router Solicitation

Router-Solicitation-Schema Vorlage:FrameHeader
0	Type	Code	Prüfsumme
32	Reserviert
…	Optionen

Per Router Solicitation an die Router-Multicast-Adresse werden alle Router im selben Netz aufgefordert, sich zu melden

Der Code dieser Nachricht ist immer 0

Das Feld „Reserviert“ muss vom Sender mit Nullen initialisiert werden und der Empfänger muss es ignorieren

Die einzig mögliche Option ist die Link-Layer-Adresse des Senders

Um bei Protokollerweiterungen keine Probleme zu bekommen, müssen alle unbekannten Optionen ignoriert werden

Router Advertisement

Router-Advertisement-Schema Vorlage:FrameHeader
0	Type	Code						Prüfsumme
32	Hop-Limit	M	O	HA	Pref	Proxy	reserved	Router-Lifetime
64	Erreichbarkeits-Timeout
96	Auflösungs-Timeout
…	Optionen

Per Router Advertisement verkünden Router ihre Anwesenheit im Netz

Entweder auf Anfrage per Router Solicitation oder periodisch, um nicht vergessen zu werden

Das Hop-Limit ist ein 8-Bit-Wert, der die vom Router vorgeschlagene Standard-Hop-Limits enthält

Es folgen 8 Flags: Ein gesetztes M-Bit sagt dem Knoten, dass er neben Autokonfiguration für die IP-Adresse auch Stateful-Autokonfiguration verwenden soll

Ein gesetztes O-Bit sagt dem Knoten, dass er neben Autokonfiguration für alle Nicht-IP-Adress-Informationen auch Stateful-Autokonfiguration verwenden soll

HA signalisiert, ob ein Home Agent (für mobile Erreichbarkeit) aktiv ist

Pref ermöglicht es, bei mehreren Routern im Netz Präferenzen zu setzen

Proxy signalisiert, ob ein Proxy verwendet wird

Die Router-Lifetime ist ein 16-Bit-Integer, der angibt, wie viele Sekunden ein Router in der Default Router List bleiben soll

Das theoretische Maximum sind 18,2 Stunden (= 65.536 Sekunden = $2^{16}$ Sekunden)
RFC4861 begrenzt den Maximalwert auf 9000 Sekunden d. h. auf 2,5 Stunden
Ein Wert von 0 besagt, dass der Router kein Default Router ist und nicht in die Default Router List eingetragen werden soll

Das Erreichbarkeits-Timeout ist ein 32-Bit-Integer, der angibt, wie viele Millisekunden ein Eintrag im Neighbor Cache nach dem Empfangen von Daten noch als erreichbar gelten soll

Das Auflösungs-Timeout ist ein 32-Bit-Integer, der angibt, nach wie vielen Millisekunden erneut ein Neighbor Solicitation gesendet werden soll

Gültige Optionen sind die Link-Layer-Adresse des Senders, die MTU des Routers und alle gültigen Präfixe

Um problemfreie Protokollerweiterungen zu ermöglichen, müssen alle unbekannten Optionen ignoriert werden

Neighbor Solicitation

Neighbor-Solicitation-Schema Vorlage:FrameHeader
96
0	Type	Code	Prüfsumme
32	Reserviert
64	Zieladresse
128
160
…	Optionen

Per Neighbor Solicitation (so viel wie Nachbar Anfrage) an die Link-Layer-Multicast-Adresse einer IPv6-Adresse wird diese Adresse zu einer Link-Layer-Adresse aufgelöst

Die zu verwendende Link-Layer-Multicast-Adresse wird dabei wie oben unter Adressauflösung beschrieben aus der IPv6-Adresse des Zielknotens berechnet
Ebenfalls wird so die Erreichbarkeit eines Knotens geprüft

Der Typ wird auf 135 gesetzt und der Code auf 0

Das reservierte Feld muss vom Sender mit Nullen initialisiert und vom Empfänger ignoriert werden
Die Zieladresse ist die IPv6-Adresse, die in eine Link-Layer-Adresse aufgelöst werden soll
Es darf keine Multicast-Adresse angegeben werden

Die einzig mögliche Option ist die Link-Layer-Adresse des Senders

Um bei Protokollerweiterungen keine Probleme zu bekommen, müssen alle unbekannten Optionen ignoriert werden

Neighbor Advertisement

Neighbor-Advertisement-Schema Vorlage:FrameHeader
96
0	Type				Code	Prüfsumme
32	R	S	O	Reserviert	Reserviert
64	Zieladresse
128
160
…	Optionen

Mit einer Neighbor-Advertisement-Nachricht wird auf Neighbor-Solicitation-Nachrichten geantwortet

Der Typ wird auf 136 gesetzt und der Code auf 0

Das R-Bit wird gesetzt, wenn der Knoten ein Router ist
Das S-Bit wird gesetzt, wenn das Neighbor Advertisement aufgrund einer Unicast-Neighbor-Solicitation-Nachricht gesendet wird
Ein gesetztes O-Bit bedeutet, dass der Eintrag im Neighbor Cache aktualisiert werden muss
Das reservierte Feld muss vom Sender mit Nullen initialisiert werden und vom Empfänger ignoriert werden

Als Zieladresse wird die (IPv6-)Zieladresse aus der dazugehörigen Neighbor-Solicitation-Nachricht eingetragen oder die (IPv6-)Adresse für die eine neue Link-Layer-Adresse bekanntgegeben werden soll

Die einzig mögliche Option ist die Link-Layer-Adresse des Senders

Um bei Protokollerweiterungen keine Probleme zu bekommen, müssen alle unbekannten Optionen ignoriert werden

Redirect

Redirect-Schema Vorlage:FrameHeader
96
0	Type	Code	Prüfsumme
32	Reserviert
64	Hop-Adresse
128
160
192	Zieladresse
224
256
288
…	Optionen

Per Redirect-Nachricht teilen Router mit, wenn es einen besseren ersten Hop für ein gewisses Ziel gibt

Der Typ wird auf 137 gesetzt und der Code auf 0

Das reservierte Feld muss vom Sender mit Nullen initialisiert werden und vom Empfänger ignoriert werden
Die Hop-Adresse ist der zu bevorzugende Router für die Adresse
Die Zieladresse ist die Adresse für die es einen besseren First-Hop gibt

Die einzigen möglichen Optionen sind die Link-Layer-Adresse des Senders und der Header des auslösenden Paketes

Um bei Protokollerweiterungen keine Probleme zu bekommen, müssen alle unbekannten Optionen ignoriert werden

Anwendungen

NDP/Anwendungen

Anhang

Siehe auch

Dokumentation

RFC

RFC	Titel
4861	Neighbor Discovery for IP Version 6 (IPv6)
3122	Extensions to IPv6 Neighbor Discovery for Inverse Discovery Specification

Links

Projekt

Weblinks

https://de.wikipedia.org/wiki/Neighbor_Discovery_Protocol