IPv6邻居状态与邻居检测机制

2024-04-13 17:55:48

今天继续给大家介绍IPv6，本文讲的是IPv6的邻居状态与邻居检测机制。当一个网络设备上线后，如果存在了IP地址，那么该设备必然要进行IP地址的检测，以判断本地的IP地址是否与网络中其他IP地址造成冲突。在IPv4中，该功能的实现是依靠免费的ARP报文，而在IPv6中，该功能的实现是依靠ICMPv6协议报文实现的。
本文涉及到一些IPv6的理论知识，要想读懂本文，您需要又一定的IPv6的基础，如果您对IPv6还不是很熟悉，欢迎查阅以下文章：IPv6地址解析详解、IPv6各地址计算方式汇总、IPv6地址简介、IPv6报文格式讲解及其科学性探究

一、IPv6邻居检测简介

我们都知道，常用的IPv6单播地址有GUA（全球唯一地址）、ULA（本地唯一地址）和LLA（本地链路地址）三种。对于这三种IPv6地址，在设备上线后，都必须进行IPv6冲突地址检测。（所谓设备上线就是说当一个接口由down状态转变成up状态后，或者是当一个接口刚刚激活了IPv6功能配置了IPv6地址后）
而IPv6的邻居检测，还是使用了NS和NA报文。
在IPv6的NS报文中，源IP地址为::(两个冒号，表示未定地址)，目的IP地址为本地IPv6地址对应的被请求节点组播地址。如果网络中确实存在冲突，则对该NS报文的回复的NA报文中源IP地址为发生冲突的IPv6地址，目的地址为ff02::1，即所有节点组播地址。

二、IPv6邻居状态简介

在IPv4中，网络设备使用ARP缓存表简单的存储了IP地址和MAC地址的对应关系。但是在IPv6中，对链路上项链的邻居进行了更加详细的规定。
在IPv6中邻居状态有以下5种：
1、complete。 complete状态表示已经发出NS报文但是没有收到NA响应报文。
2、reachable。 reachable状态则是已经收到了NA响应报文（30s内）
3、stale。 当设备处于reachable状态后30s内，如果没有收到其他报文，则邻居状态进入stale状态，表示“陈旧”。如果设备不需要向该邻居发送数据，则此状态会一直持续下去，要注意的是，stale状态是这些状态中唯一可以稳定持续存在的状态。
4、delay。 当设备处于stale状态后，有向该邻居发送数据的需求时，该设备会首先发送NS包检测对方是否在线，当NS包发送完毕后，设备处于delay状态。delay时间为5s，在这5s内，如果收到了对方的NA包，则会进入到reachable状态，如果没有收到，则会进入probe状态。
5、probe。 当设备进入probe状态后，会间隔1s发送NS报文，但是这里发送的NS报文为单播的NS报文（目的IP地址为该IPv6邻居的IP地址）。若3s内仍然收不到NA报文，则认定该IPv6邻居已经下线。接下来会在自己的IPv6邻居表中删除该邻居。
IPv6邻居状态流程如下所示：

注意，该图中只说明了当一方作为主动端主动发送NS报文的情景，实际上，如果有别的网络设备主动发球NS请求，则当本网络设备收到该NS报文后，就知道了一个IPv6邻居上线，此时就会自动生成该邻居表项，并将其状态置为reachable。

三、IPv6相对于IPv4的改进

①IPv6在检测到地址冲突后，会把该地址状态置为duplicate状态，在该状态下，该IP地址不能起到收发数据包的作用。而IPv4中，并没有对该状态的处理，因此计算机网络表现出混乱的状态，具体体现就是一会可以通，一会不能通。（注：由于冲突地址检测只在设备上线时检测一次，因此在某些特殊的环境下，还是不可避免的出现没有检测出来从而出现混乱的情景，比如在检测完成后拓扑发生变化）
②由于引入了邻居状态和检测机制，因此长时间（30s）不通信的IPv6地址就处于STALE状态，当网络设备要与该状态下的IPv6地址通信时，要首先发NS包进行检测对方是否在线，相比于IPv4在默认情况下ARP缓存存放20min来说，IPv6能更快速的检测出邻居失效。
③由于IPv6的NS和NA报文是三层协议封装，因此可以利用将IPSEC协议应用在IPv6的ICMP报文中，这样可以避免IPv4中ARP协议的安全性不足带来的安全风险。
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