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IPv6 Neighbor Discovery

中文英文原文
官方原文约 12 分钟阅读

RouterOS 通过 RADVD 支持 IPv6 Neighbor Discovery 和无状态地址自动配置，遵循 RFC 4861 和 RFC 4862。它使主机能够通过 Router Advertisement 自动配置 IPv6 地址，地址状态包括 tentative、preferred、deprecated 和 invalid。Neighbor Discovery 取代了 IPv4 的 ARP 等协议，便于路由器发现。

IPv6 Neighbor Discovery

RouterOS 通过 Router Advertisement Daemon (RADVD) 支持 IPv6 Neighbor Discovery 和无状态地址自动配置。

标准

  • RFC 4861 - Neighbor Discovery for IP version 6 (IPv6)。
  • RFC 4862 - IPv6 Stateless Address Autoconfiguration

节点描述

节点是实现 IPv6 的设备。在 IPv6 网络中，节点分为两种类型：

  • 路由器（Routers） —— 转发并非明确发给自身的 IPv6 数据包的节点。
  • 主机（Hosts） —— 所有不是路由器的节点。

路由器和主机是 RFC 4861 中定义的不同分类，但单个设备可以同时承担这两种角色：转发数据包（路由器）和接收发往自身的流量（主机）。

无状态地址自动配置

有几种自动配置类型：

  • 无状态（stateless） —— 通过接收 Router Advertisement 消息完成地址配置。这些消息包含无状态地址前缀，并要求主机不使用有状态地址配置协议。
  • 有状态（stateful） —— 通过使用有状态地址配置协议（DHCPv6）完成地址配置。如果 RA 消息不包含地址前缀，则使用有状态协议。
  • 两者（both） —— RA 消息包含无状态地址前缀，并要求主机使用有状态地址配置协议。

IPv6 可以在不使用 DHCP 等有状态配置协议的情况下自动配置自身（示例）。

信息

地址自动配置只能在支持组播的接口上执行。 这个过程称为无状态地址自动配置，因为路由器不管理状态。它是一种简单、健壮且有效的方法。

RouterOS 使用 RADVD 定期向同一链路上的所有节点通告有关该链路的信息。该信息由 ICMPv6 "router advertisement" 数据包承载，包含以下字段：

  • IPv6 子网前缀。
  • 默认路由器的链路本地地址。
  • 其他可选参数包括：链路 MTU、默认跳数限制和路由器生存期。

主机使用该通告来配置全局 IPv6 地址和默认路由器。全局 IPv6 地址由所通告的子网前缀和 EUI-64 接口标识符生成。

你可以通过发送 ICMPv6 router solicitation 数据包来请求通告。在 Linux 上，rtsol 工具会发送 router solicitation。移动节点应定期发送 router solicitation。

地址状态

当自动配置地址被分配后，它可以处于以下状态之一：

  • tentative（暂定） —— 在此状态下，主机验证该地址是否唯一。验证通过重复地址检测进行。
  • preferred（首选） —— 在此状态下，地址被验证为唯一，节点可以向首选地址发送单播流量，也可以从首选地址接收单播流量。首选状态的持续时间包含在 RA 消息中。
  • deprecated（已弃用） —— 地址仍然有效，但不用于新连接。
  • invalid（无效） —— 节点不能再发送或接收单播流量。地址在有效生存期到期后进入无效状态。

下图展示了状态与生存期之间的关系：

%%{init: {"sequence": {"mirrorActors": false, "messageAlign": "left"}}}%%
sequenceDiagram
    participant Tentative
    participant Preferred
    participant Deprecated
    participant Invalid

    Tentative->>Preferred: Preferred lifetime
    Tentative->>Deprecated: Valid lifetime

Neighbor discovery

Neighbor Discovery (ND) 使用消息和过程来确定相邻节点之间的关系。与 IPv4 相比，ND 取代了地址解析协议（ARP）、ICMP Router Discovery 和 ICMP Redirect，同时提供额外功能。

主机使用 ND 来：

  • 发现相邻路由器。
  • 发现地址、地址前缀和其他配置参数。

路由器使用 ND 来：

  • 通告自身的存在、主机配置参数和 on-link 前缀。
  • 告知主机到达特定目的地的更优下一跳地址。

节点使用 ND 来：

  • 解析正在转发 IPv6 数据包的相邻节点的链路层地址，并判断该地址何时发生变化。
  • 判断能否向邻居发送 IPv6 数据包以及从邻居接收 IPv6 数据包。

RFC 4861 定义了五种 ND 消息类型：Router Solicitation (RS)、Router Advertisement (RA)、Neighbor Solicitation (NS)、Neighbor Advertisement (NA) 和 Redirect。把接口添加到 /ipv6/nd 只会激活路由器侧的消息：

  • Router Solicitation (RS) —— 路由器监听主机发送的 RS，并以 Router Advertisement 回复。
  • Router Advertisement (RA) —— 路由器发送周期性未经请求的 RA，同时也会响应收到的任何 RS。RA 的内容（前缀、标志位图、生存期、MTU、定时器值）来自每接口的 /ipv6/nd 设置以及任何 /ipv6/nd/prefix 条目。
  • Neighbor Solicitation (NS) —— 当路由器在该接口上收到针对自身任一地址（链路本地、SLAAC 或静态）的 NS 时，会以 Neighbor Advertisement 回复。这也涵盖了路由器自身地址的重复地址检测（DAD）。
  • Neighbor Advertisement (NA) —— 响应 NS 时发送（如上所述）。除非显式启用，否则不会发送未经请求的 NA。

终端设备之间的主机到主机 NS/NA 由主机协议栈自动处理，不受 /ipv6/nd 菜单控制。Redirect 生成是可选的，默认禁用（redirect=no）。

示例

无状态自动配置示例

[admin@MikroTik] > ipv6 address print
Flags: X - disabled, I - invalid, D - dynamic, G - global, L - link-local
# ADDRESS INTERFACE ADVERTISE
0 G 2001:db8::1/64 ether1 yes

在此示例中，advertise 标志被启用，表示已添加一个动态的 /ipv6/nd/prefix 条目。

[admin@MikroTik] > /ipv6/nd/prefix/print
Flags: X - disabled, I - invalid, D - dynamic
0 D prefix=2001:db8::/64 interface=ether1 on-link=yes autonomous=yes
 valid-lifetime=4w2d preferred-lifetime=1w

在直接连接到路由器的主机上，我们看到添加了一个地址。该地址由前缀部分（前 64 位，取自前缀通告）和主机部分（后 64 位，由本地 MAC 地址自动生成）组成：

atis@atis-desktop:~$ ip -6 addr
 1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qlen 1000
inet6 2001:db8::21a:4dff:fe56:1f4d/64 scope global dynamic
 valid_lft 2588363sec preferred_lft 601163sec
inet6 fe80::21a:4dff:fe56:1f4d/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever

主机已从路由器收到 2001:db8::/64 前缀，并用它配置了一个地址。

你也可以使用 RADVD 分发 DNS 服务器信息：

[admin@MikroTik] > /ipv6/nd/set [find where interface=all] dns=2001:db8::2 advertise-dns=yes

或者分发路由器自己的 LL IPv6 地址作为 DNS 服务器，并用路由器本身作为 DNS 缓存：

[admin@MikroTik] > /ipv6/nd/set [find where interface=all] advertise-dns=self

如果你通告特定的服务器，那么每个 RA 还会包含路由器自身的 LL 地址作为 DNS 服务器，但被标记为已过期的服务器。这是必要的，用于在之前使用过该服务器时使其失效（如果你在 self 和 yes 选项之间更改了设置）。任何正确处理 RA DNS 的客户端都会忽略这个服务器，或者如果它原本就是路由器自身，则使现有服务器失效。

你需要支持 Router Advertisement DNS 的客户端软件才能使用所通告的 DNS 信息。

在 Ubuntu/Debian Linux 发行版上，你可以安装 rdnssd 包，它能够接收所通告的 DNS 地址。

mrz@bumba:/$ sudo apt-get install rdnssd

mrz@bumba:/$ cat /etc/resolv.conf
# Dynamic resolv.conf(5) file for glibc resolver(3) generated by resolvconf(8)
 # DO NOT EDIT THIS FILE BY HAND -- YOUR CHANGES WILL BE OVERWRITTEN
 nameserver 2001:db8::2

mrz@bumba:/$ ping6 www.mikrotik.com
PING www.mikrotik.com(2a02:610:7501:1000::2) 56 data bytes
 64 bytes from 2a02:610:7501:1000::2: icmp_seq=1 ttl=61 time=2.11 ms
 64 bytes from 2a02:610:7501:1000::2: icmp_seq=2 ttl=61 time=1.33 ms
^C
 --- www.mikrotik.com ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 1001ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.334/1.725/2.117/0.393 ms
mrz@bumba:/$