NDP（Neighbor Discovery Protocol）简介

定义

邻居发现协议NDP（Neighbor Discovery Protocol）是IPv6协议体系中一个重要的基础协议。邻居发现协议替代了IPv4的ARP（Address Resolution Protocol）和ICMP路由设备发现（Router Discovery），它定义了使用ICMPv6报文实现路由设备发现、重复地址检测、地址解析、邻居不可达检测NUD（Neighbor Unreachability Detection）等功能。

目的

在局域网中，当主机或其他网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时，它必须知道对方的网络层地址（即IPv6地址）。但是仅有IPv6地址是不够的，因为IPv6数据报文必须封装成帧才能通过物理网络发送，因此发送方还必须有接收方的物理地址（MAC地址），所以需要一个从IPv6地址到物理地址的映射，保证数据报文的传送能够顺利进行。

ND原理描述

IPv6地址解析

在IPv4中，当主机需要和目标主机通信时，必须先通过ARP协议获得目的主机的链路层地址。在IPv6中，同样需要从IP地址解析到链路层地址的功能。邻居发现协议实现了这个功能。

ARP报文是直接封装在以太网报文中，以太网协议类型为0x0806，普遍观点认为ARP定位为第2.5层的协议。ND本身基于ICMPv6实现，以太网协议类型为0x86DD，即IPv6报文，IPv6下一个报头字段值为58，表示ICMPv6报文，由于ND协议使用的所有报文均封装在ICMPv6报文中，一般来说，ND被看作第3层的协议。在三层完成地址解析，主要带来以下几个好处：

• 地址解析在三层完成，不同的二层介质可以采用相同的地址解析协议。

• 可以使用三层的安全机制避免地址解析攻击。

• 使用组播方式发送请求报文，减少了二层网络的性能压力。

地址解析过程中使用了两种ICMPv6报文：邻居请求报文NS（Neighbor Solicitation）和邻居通告报文NA（Neighbor Advertisement）。

• NS报文：Type字段值为135，Code字段值为0，在地址解析中的作用类似于IPv4中的ARP请求报文。
• NA报文：Type字段值为136，Code字段值为0，在地址解析中的作用类似于IPv4中的ARP应答报文。

图1 IPv6地址解析过程示意图

Host A在向Host B发送报文之前它必须要解析出Host B的链路层地址，所以首先Host A会发送一个NS报文，其中源地址为Host A的IPv6地址，目的地址为Host B的被请求节点组播地址。同时需要指出的是，在NS报文的Options字段中还携带了Host A的链路层地址。

当Host B接收到了NS报文之后，就会回应NA报文，其中源地址为Host B的IPv6地址，目的地址为Host A的IPv6地址，Host B的链路层地址被放在Options字段中。这样就完成了一个地址解析的过程。

查看邻居状态

通过邻居或到达邻居的通信，会因各种原因而中断，包括硬件故障、接口卡的热插入等。如果目的地失效，则恢复是不可能的，通信失败；如果路径失效，则恢复是可能的。 因此节点需要维护一张邻居表，每个邻居都有相应的状态，状态之间可以迁移。

RFC中定义了5种邻居状态，分别是：未完成（Incomplete）、可达（Reachable）、陈旧（Stale）、延迟（Delay）、探查（Probe）。

图2 邻居状态迁移示例

下面以A、B两个邻居节点之间相互通信过程中A节点的邻居状态变化为例（假设A、B之前从未通信），说明邻居状态迁移的过程。

1. A先发送NS报文，并生成缓存条目，此时，邻居状态为Incomplete。
2. 若B回复NA报文，则邻居状态由Incomplete变为Reachable，否则固定时间后邻居状态由Incomplete变为Empty，即删除表项。
3. 经过邻居可达时间，邻居状态由Reachable变为Stale，即不确定邻居节点的可达性。
4. 如果在Reachable状态，A收到B的非请求NA报文，且报文中携带的B的链路层地址和表项中不同，则邻居状态马上变为Stale。
5. 在STALE状态到达老化时间后进入Delay状态。
6. 在经过一段固定时间（5秒）后，邻居状态由Delay变为Probe，其间若有NA应答，则邻居状态由Delay变为Reachable。
7. 在Probe状态，A每隔一定时间间隔（1秒）发送单播NS，发送固定次数（3次）后，有应答则邻居状态变为Reachable，否则邻居状态变为Empty，即删除表项。