IPv6 NDisc 邻居发现

1. 模块架构

1.1 功能概述

NDisc (Neighbor Discovery Protocol) 是 IPv6 的核心协议，实现了地址解析、路由器发现、重复地址检测等功能。

1.2 关键源文件

文件	作用
`net/ipv6/ndisc.c`	NDisc 实现 (约 2000 行)
`include/net/ndisc.h`	NDisc 定义
`include/net/addrconf.h`	地址配置

2. NDisc 消息类型

2.1 ICMPv6 类型

类型	名称	用途
133	Router Solicitation (RS)	主机请求路由器配置
134	Router Advertisement (RA)	路由器通告前缀/路由
135	Neighbor Solicitation (NS)	地址解析 + DAD
136	Neighbor Advertisement (NA)	地址解析回复 + DAD
137	Redirect	更好的第一跳通知

2.2 NDisc 消息结构

// include/net/ndisc.h
struct nd_msg {
    struct icmp6hdr icmph;
    struct in6_addr target;    // NS/NA 的目标地址
    __u8        opt[];       // 选项
};

struct ra_msg {
    struct icmp6hdr icmph;
    __be32        reachable_time;  // 可达时间
    __be32        retrans_timer;   // 重传定时器
};

struct rs_msg {
    struct icmp6hdr icmph;
    __u8        opt[];
};

2.3 NDisc 选项

// include/net/ndisc.h
struct nd_opt_hdr {
    __u8    nd_opt_type;   // 选项类型
    __u8    nd_opt_len;    // 长度 (8字节单位)
};

#define ND_OPT_SOURCE_LL_ADDR      1   // 源链路层地址
#define ND_OPT_TARGET_LL_ADDR     2   // 目标链路层地址
#define ND_OPT_PREFIX_INFO         3   // 前缀信息
#define ND_OPT_MTU                5   // MTU
#define ND_OPT_NONCE              14  // DAD 随机数
#define ND_OPT_ROUTE_INFO         24  // 路由信息
#define ND_OPT_RDNSS              25  // 递归 DNS
#define ND_OPT_DNSSL              31  // DNS 搜索列表

3. 邻居请求 (NS)

3.1 ndisc_send_ns()

// net/ipv6/ndisc.c:653
void ndisc_send_ns(struct net_device *dev, const struct in6_addr *solicit,
                  const struct in6_addr *daddr, const struct in6_addr *saddr,
                  u64 nonce)
{
    struct sk_buff *skb;

    // 创建 NS 包
    skb = ndisc_ns_create(dev, solicit, saddr, nonce);
    if (skb)
        ndisc_send_skb(skb, daddr, saddr);
}

// ns 创建
static struct sk_buff *ndisc_ns_create(struct net_device *dev, ...)
{
    struct nd_msg *msg;

    skb = alloc_skb(LL_ALLOCATED_SPACE(dev) + sizeof(*msg), GFP_ATOMIC);
    if (!skb) return NULL;

    // 添加 Eth + IPv6 头
    skb_reserve(skb, LL_RESERVED_SPACE(dev));
    eth_hdr(skb)->h_proto = htons(ETH_P_IPV6);

    // 添加 ICMPv6 头
    msg = skb_put(skb, sizeof(*msg));
    msg->icmph.icmp6_type = NDISC_NEIGHBOUR_SOLICITATION;
    msg->target = *target;

    // 添加选项 (源链路层地址)
    if (saddr)
        ndisc_fill_addr_option(skb, ND_OPT_SOURCE_LL_ADDR, dev->dev_addr);

    return skb;
}

3.2 ndisc_recv_ns()

// net/ipv6/ndisc.c:787
static void ndisc_recv_ns(struct sk_buff *skb)
{
    struct nd_msg *msg = (struct nd_msg *)skb->data;
    struct inet6_ifaddr *ifp;
    bool dad = ipv6_addr_any(saddr);  // DAD 检测

    // DAD: 目标是试探性地址
    if (dad) {
        // 检查 DAD
        if (ipv6_addr_is_solict_mult(daddr)) {
            // 必须是 solicitation-node 多播
            if (nonce && ifp->dad_nonce == nonce) {
                // 环路检测，忽略
                goto out;
            }
            // 地址冲突
            addrconf_dad_failure(skb, ifp);
        }
    } else {
        // 地址解析：查找邻居
        neigh = __neigh_lookup(&nd_tbl, &msg->target, dev);
        if (neigh) {
            // 更新邻居
            neigh_update(neigh, lladdr);
            // 发送 NA
            ndisc_send_na(dev, saddr, &msg->target, ...);
        }
    }
}

4. 邻居通告 (NA)

4.1 ndisc_send_na()

// net/ipv6/ndisc.c:524
void ndisc_send_na(struct net_device *dev, const struct in6_addr *daddr,
                  const struct in6_addr *solicited_addr,
                  bool router, bool solicited, bool override, bool inc_opt)
{
    struct sk_buff *skb;
    struct nd_msg *msg;

    skb = ndisc_na_create(dev, solicited_addr, inc_opt, router,
                         solicited, override);
    if (!skb) return;

    ndisc_send_skb(skb, daddr, solicited_addr ? solicited_addr : dev->dev_addr);
}

static struct sk_buff *ndisc_na_create(struct net_device *dev, ...)
{
    msg->icmph.icmp6_router = router;       // 是否为路由器
    msg->icmph.icmp6_solicited = solicited;  // 是否为 NS 响应
    msg->icmph.icmp6_override = override;    // 是否覆盖缓存
}

4.2 ndisc_recv_na()

// net/ipv6/ndisc.c:988
static void ndisc_recv_na(struct sk_buff *skb)
{
    struct nd_msg *msg = (struct nd_msg *)skb->data;
    struct neighbour *neigh;

    // 查找邻居条目
    neigh = __neigh_lookup(&nd_tbl, &msg->target, dev);
    if (!neigh) {
        // 创建新条目
        neigh = neigh_add(&nd_tbl, &msg->target, dev);
    }

    // 更新邻居
    if (solicited) {
        // NS 响应 -> REACHABLE
        neigh->nud_state = NUD_REACHABLE;
        neigh_update(neigh, lladdr);
    } else {
        // 非请求 NA -> STALE
        neigh->nud_state = NUD_STALE;
    }
}

5. 路由器发现

5.1 RS 发送

// net/ipv6/ndisc.c:550
void ndisc_send_rs(struct net_device *dev, const struct in6_addr *saddr,
                  const struct in6_addr *daddr)
{
    struct sk_buff *skb;
    struct rs_msg *msg;

    skb = ndisc_rs_create(dev, saddr, daddr);
    if (!skb) return;

    ndisc_send_skb(skb, daddr, saddr);
}

5.2 RA 处理

// net/ipv6/ndisc.c:1232
static void ndisc_router_discovery(struct sk_buff *skb)
{
    struct ra_msg *msg = (struct ra_msg *)skb->data;

    // 1. 验证源地址是链路本地
    if (!ipv6_addr_is_lladdr(&ipv6_hdr(skb)->saddr))
        return;

    // 2. 更新默认路由
    if (msg->icmph.icmp6_router)
        rt6_add_dflt_router(skb->dev, &ipv6_hdr(skb)->saddr);

    // 3. 更新设备标志
    if (msg->icmph.icmp6_flags & ND_RA_FLAG_MANAGED)
        idev->if_flags |= IF_RA_MANAGED;
    if (msg->icmph.icmp6_flags & ND_RA_FLAG_OTHER)
        idev->if_flags |= IF_RA_OTHERCONF;

    // 4. 更新定时器参数
    idev->nd_parms->reachable_time = ntohl(msg->reachable_time);
    idev->nd_parms->retrans_time = ntohl(msg->retrans_timer);

    // 5. 处理前缀选项
    for (each option) {
        if (option->nd_opt_type == ND_OPT_PREFIX_INFORMATION)
            addrconf_prefix_rcv(dev, option);
    }
}

6. Solicited-Node 多播地址

6.1 计算公式

ff02::1:ffXX:XXXX
  ││      │ └────┘└────┘
  ││      │    │      └─ 后 24 位 = 目标地址的后 24 位
  ││      └─── 固定: ffXX:XXXX
  │└──────────── 固定前缀
  └────────────── 链路本地多播组 (ff02::1)

6.2 生成函数

// include/net/addrconf.h:484
static inline void addrconf_addr_solict_mult(const struct in6_addr *addr,
                                            struct in6_addr *solicited)
{
    ipv6_addr_set(solicited,
              htonl(0xFF020000), 0,
              htonl(0x1),
              htonl(0xFF000000) | addr->s6_addr32[3]);
}

7. 安全性

7.1 Hop Limit 验证

所有 NDisc 消息必须在本地链路发送，Hop Limit 必须为 255：

// ndisc.c:1804
int ndisc_rcv(struct sk_buff *skb)
{
    // 1. 验证 hop limit = 255
    if (ipv6_hdr(skb)->hop_limit != 255)
        return;

    // 2. 验证 ICMPv6 code = 0
    if (msg->icmph.icmp6_code != 0)
        return;

    // 3. 分发到处理函数
    switch (msg->icmph.icmp6_type) {
    case NDISC_NEIGHBOUR_SOLICITATION:
        ndisc_recv_ns(skb);
        break;
    // ...
    }
}

7.2 DAD 随机数 (RFC 7527)

// 用于防止多接口场景下的 DAD 误判
// 随机数在 NS 中携带
// 收到匹配的 NA 时比较随机数

8. 与 IPv4 ARP 对比

特性	IPv6 NDisc	IPv4 ARP
协议	ICMPv6 (IP 协议 58)	独立 Ethernet 类型
消息	RS/RA/NS/NA/Redirect	ARP Request/Reply
多播组	Solicited-node	广播 (ff:ff:ff:ff:ff:ff)
DAD	内置 NS/NA 交换	无
路由器发现	RS/RA	Proxy ARP 或 DHCP
扩展性	TLV 选项	固定格式
安全	SEND (RFC 3971)	无标准安全

TCP/IP

Linux Netfilter

Linux 网络核心

网络性能

协议

其他网络笔记

IPv6 NDisc 邻居发现

1. 模块架构

1.1 功能概述

1.2 关键源文件

2. NDisc 消息类型

2.1 ICMPv6 类型

2.2 NDisc 消息结构

2.3 NDisc 选项

3. 邻居请求 (NS)

3.1 ndisc_send_ns()

3.2 ndisc_recv_ns()

4. 邻居通告 (NA)

4.1 ndisc_send_na()

4.2 ndisc_recv_na()

5. 路由器发现

5.1 RS 发送

5.2 RA 处理

6. Solicited-Node 多播地址

6.1 计算公式

6.2 生成函数

7. 安全性

7.1 Hop Limit 验证

7.2 DAD 随机数 (RFC 7527)

8. 与 IPv4 ARP 对比

IPv6 NDisc 邻居发现 ​

1. 模块架构 ​

1.1 功能概述 ​

1.2 关键源文件 ​

2. NDisc 消息类型 ​

2.1 ICMPv6 类型 ​

2.2 NDisc 消息结构 ​

2.3 NDisc 选项 ​

3. 邻居请求 (NS) ​

3.1 ndisc_send_ns() ​

3.2 ndisc_recv_ns() ​

4. 邻居通告 (NA) ​

4.1 ndisc_send_na() ​

4.2 ndisc_recv_na() ​

5. 路由器发现 ​

5.1 RS 发送 ​

5.2 RA 处理 ​

6. Solicited-Node 多播地址 ​

6.1 计算公式 ​

6.2 生成函数 ​

7. 安全性 ​

7.1 Hop Limit 验证 ​

7.2 DAD 随机数 (RFC 7527) ​

8. 与 IPv4 ARP 对比 ​

IPv6 NDisc 邻居发现

1. 模块架构

1.1 功能概述

1.2 关键源文件

2. NDisc 消息类型

2.1 ICMPv6 类型

2.2 NDisc 消息结构

2.3 NDisc 选项

3. 邻居请求 (NS)

3.1 ndisc_send_ns()

3.2 ndisc_recv_ns()

4. 邻居通告 (NA)

4.1 ndisc_send_na()

4.2 ndisc_recv_na()

5. 路由器发现

5.1 RS 发送

5.2 RA 处理

6. Solicited-Node 多播地址

6.1 计算公式

6.2 生成函数

7. 安全性

7.1 Hop Limit 验证

7.2 DAD 随机数 (RFC 7527)

8. 与 IPv4 ARP 对比