ICMPv6报文详解

ICMPv6基础：

ICMPv6（Internet Control Message Protocol for the IPv6）是IPv6的基础协议之一。

在IPv4中，Internet控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）向源节点报告关于向目的地传输IP数据包过程中的错误和信息。它为诊断、信息和管理目的定义了一些消息，如：目的不可达、数据包超长、超时、回应请求和回应应答等。在IPv6中，ICMPv6除了提供ICMPv4常用的功能之外，还是其它一些功能的基础，如邻接点发现、无状态地址配置（包括重复地址检测）、PMTU发现等。反正比ICMP更加强大了。

ICMPv6的协议类型号（即IPv6报文中的Next Header字段的值）为58（IPv4中ICMP为1）。ICMPv6的报文格式如图所示：

1. Type：表明消息的类型，0至127表示差错报文类型，128至255表示消息报文类型。也就是一部分是报错消息，一部分是功能型报文。
2. Code：表示此消息类型细分的类型。
3. Checksum：表示ICMPv6报文的校验和。

ICMPv6差错报文：

1. 目的不可达错误报文
   当数据包无法被转发到目标节点或上层协议时，路由器或目标节点发送ICMPv6目标不可达差错报文。在目标不可达报文中，类型（Type）字段值为1，代码（Code）字段值为0-4，每一个代码值都定义了具体含义（RFC2463）：
   • 0：没有到达目标的路由
   • 1：与目标的通信被管理策略禁止
   • 2：未指定
   • 3：地址不可达
   • 4：端口不可达

2. 数据包过大错误报文：
   如果由于出口链路的MTU小于IPv6数据包的长度而导致数据包无法转发，路由器就会发送数据包超长报文。该报文被用于IPv6路径MTU发现的处理 。数据包超长报文的类型字段值为2，代码字段值为0。

3. 时间超时错误报文：
   当路由器收到一个IPv6报头中的跳限制（Hop Limit）字段值为0的数据包时，会丢弃该数据包并向源发送ICMPv6超时报文。在超时报文中，类型字段的值为3，代码字段的值为0或1：
   • 0：在传输中超越了跳限制
   • 1：分片重组超时

4. 参数错误报文：
   当IPv6报头或者扩展报头出现错误，导致数据包不能进一步处理时，IPv6节点会丢弃该数据包并向源发送此报文，指明问题的位置和类型。参数问题报文中，类型字段值为4，代码字段值为0~2，32位指针字段指出错误发生的位置。其中代码字段是这样定义的：
   • 0：遇到错误的报头字段
   • 1：遇到无法识别的下一个报头（Next Header）类型
   • 2：遇到无法识别的IPv6选项

模拟器上很难制造出来这些报文，所以这里不进行抓包分析。

ICMP消息报文：

1.请求、应答报文：

回送请求报文：
回送请求报文用于发送到目标节点，以使目标节点立即发回一个回送应答报文。回送请求报文的类型字段值为128，代码字段的值为0。标志符（Identifier）和序列号（Sequence Number）字段有发送方主机设置，用于将即将收到的回送应答报文与发送的回送请求的报文进行匹配，例如我发送的包的报文序列号是1，回复的报文也是1。

回送应答报文：
当收到一个回送请求报文时，ICMPv6会用回送应答报文响应。回送应答报文的类型字段的值为129，代码字段的值为0。标志符（Identifier）和序列号（Sequence Number）字段的值被指为与回送请求报文中的相应字段一样的值。

2.RS消息：
当主机刚刚接入网络并被配置为自动获取地址，主机需要自动获得前缀、前缀长度、默认网关等信息时，就会发送RS消息。源IP是发送接口的Link Local地址或者未指定地址，目的地址是FFO2::1或FFO2::2，路由器收到RS消息后立刻回送RA消息给主机，在RA消息中有主机想要的单播地址的前缀及前缀长度等信息。下图显示了RS消息的详细格式：

1. Type: 8bit，值为133。
2. Code: 8bit，值为0。
3. Checksum: 16bit，ICMPv6校验和，用于验证IPv6报头的完整性。Reserved: 32bit，保留为0。
4. Options:选项，目前只定义了一个，包含发送者的链路层地址，如果源地址为未扌定地址，则RS消息中不能包含此选项。

3.RA消息：
RA消息由路由器周期性地发送，或者在收到主机发送的RS消息后立刻发送，主要为主机提供编址信息以及其他配置信息。该消息的源IP是发出消息接口的Link Local地址，目的地址是FFO2::1或者为收到的RS消息中的源地址。消息格式如图所示：

1. Type: 8bit，值为134。Code: 8bit，值为0。
2. Checksum: 16bit，ICMPv6校验和，用于验证ICMPv6报头。
3. Cur Hop Limit: 8bit，表示主机跳数限制，路由器建议采用无状态自动配置的主机在IP包的跳数限制在该字段中的值，该值为0时表示路由器不推荐跳数限制值，由主机自己设置各自的跳数限制值。
4. M位: 1bit，管理地址配置位，该位置О表示使用无状态自动配置;置1表示告诉主机使用DHCPv6服务器来获取配置信息当置1时O位无意义，因为所有参数都可以通过DHCPv6获得。
5. О位: 1bit，表示其他配置标志位，该位置О表示 DHCPv6服务器没有其他可用信息。该位置1时，其他参数使用DHCPV6服务器获得，包括路由器生存时间、邻居可文达时间、邻居的重传时间、链路的MTU信息和DNS相关信息等。
6. Reserverd:保留字段,6bit，该字段未使用。
   Router Lifetime: 16bit，与默认路由器关联的生存时间，以秒为单位，最大为65535华为缺省情况下为1800s。该值表示主机把该路由器作为默认网关的有效时间。收到等于0的RA消息时，主机不会将通告该RA消息的源路由器配置为自己的默认网关。主机在每次收到RA消息时，都会刷新此计时器。
7. Reachable Time: 32bit，以毫秒为单位，表示通告邻居的可达时间，用作邻居不可达检测，为О表示未指定。
8. Retrans Timer: 32bit，重传计时器，以毫秒为单位，表示主机在重传邻居请求消,息前应该等待的时间，为0表示未指定。该字段一般用作地址解释和邻居不可性检测。
9. Options:可能包含的选项有发送RA消息的路由器的链路层地址、MTU、前缀信息。

4.NS消息：
当节点不知道目标地址的链路层地址时，将发送NS消息。此时 NS消息的源地址是发送接口的 global地址，目标地址是被访问的地址所对应的被请求节点组播地址。此消息中包含发送端的链路层地址，作用类似于ARP请求，这里的链路层地址一般是指以太网的MAC地址。此外，NS还可以用来检测邻居的可达性和进行地址冲突检测，当节点需要验证邻居的可达性时，将发送单播的NS消息;在DAD(重复地址检测)过程中,源地址为未指定地址。NS的消息格式如图所示：

1. Type: 8bit，值为135。Code: 8bit，值为0。
2. Checksum: 16bit，ICMPv6校验和，用来验证ICMPv6报头。Reserved: 32bit，该字段未使用，保留为0。
3. Target Address: 128bit，请求的目标设备的IPv6地址，该字段不能使用组播地址。
4. Options:选项，发送者的链路层地址当源IP地址是未指定地址时不能包括此选项。在有IPv6地址的链路层上，以须句含此选项。

5.NA消息：
当节点接受到NS消息后，会快速响应NA 消息，或者当节点需要快速传播新的作息（非请求）时，也会发送NA消息。对于收到NS后回复的NA消息是以单播的形发送的，源IP是被访问的IP地址，目的IP是NS消息中的源地址;如果收到的NS 息中的源地址是未指定地址，则NA消息的目的地址为所有节点的组播地址，作用类于ARP响应。对于非请求的NA消息，目的地址为所有节点的组播地址。NA的消息式如图所示：

1. Type: 8bit，值为136。Code: 8bit，值为0。
2. Checksum: 16bit，ICMPv6校验和，用于验证ICMPv6的报头。
3. R位:1bit，路由器标记位，置1表示该节点为路由器，在邻居不可达检测中检测路由器是否变成主机。
4. S位: 1bit，请求标记位，置1表示该NA消息是收到NS消息后的回应。S位在邻居可达性检测时被用作可达性确认。
5. O位:1bit，替代标记位，置1表示需要替代当前已缓存的IPv6地址的链路层地址,从而更新邻居缓存表项。如果置0，则表示该NA 消息不更新现有的链路层地址，如果没有相应的链路层地址，则添加新的表项。
6. Reserved:29bit，该字段未使用，保留为0。
7. Target Address: 128bit，如果用作NS回应的NA消息，此字段应该是收到NS消息中的Target Address字段的值，对于非响应的NA消息，此字段应该是链路层地址发生变化的IPv6地址。
8. Options:选项，包含此NA消息发送者的链路层地址，对于回应组播NS请求的NA消息必须包含此选项，对于回应单播NS请求的NA消息可以不包含此选项，因为单播NS请求的发送者有正确的链路层地址。

6.重定向信息：

1. Type: 8bit，值为137。Code: 8bit，值为0。
2. Checksum: 16bit，ICMPv6校验和，用于验证ICMPv6报头。Reserved:32bit，该字段未使用，保留
   为0。
3. Target Address:是通知到主机的最优下一跳路由器，必须是该下一跳路由器的 linklocal地址;当目的地是邻居时，Target Address必须是 Destination Address，否则是重定向后的下一跳路由器地址。
4. Destination Address:需要被重定向的目的地址。
5. Options:选项，包含目标地址（重定向后使用的下一跳路由器）的链路层地址。路由器可以通过ICMPv6重定向消息通知主机，在去往目的地址的路径上有更优的下一跳，主机发出的数据包能被重定向到更好的下一跳路由器，也可以用于通知目标地址就是邻居。重定向消息只对主机有效，对路由器无效。消息的源地址是发送接口的链路本地地址，目的地址是触发此重定向报文的源地址。
   

注：RS、RA、NS、NA、重定向报文具体使用参考后面的笔记。

整理资料来源：《HCIE路由交换学习指南》、HCIE培训文档