IPv6地址解析详解

我们都知道，为了实现数据包在数据链路层的封装，需要有一个机制来发现网络中IP地址和MAC地址的对应关系。在IPv4协议栈中，该机制为ARP协议，而在IPv6中，该机制的实现是基于NDP（Neighbor Discovery Protocol邻居发现）协议，今天，我就来给大家介绍一下IPv6的NDP协议。
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，欢迎查阅一下文章：IPv6报文格式讲解及其科学性探究、IPv6地址简介、IPv6各地址计算方式汇总

一、NDP协议简介
NDP，Neighbor Dicovery Protocol，邻居发现协议，是在ICMPv6版本定义的一种协议。在IPv4中，ICMP协议主要就是通过PING，检测网络的连通性。而在IPv6中，ICMPv6协议除了用来检测网络连通性外，还需要完成地址解析的任务。因此，如果没有ICMPv4协议，那么在IPv4中可能只是无法使用PING命令而已，但是对于IPv6，如果没有IPv6，可能无法完成网络的互联，因此，ICMPv6协议在IPv6协议栈中起到了越来越重要的作用。
在NDP协议中，一共定义了5种报文：
1、RA报文，即Router Advertisement，路由器公告报文，该报文主要是路由器用来周期性的发布自身的hop limit 、link MTU等消息。
2、RS报文，即Router Solicitation，路由器信息请求报文，该报文用于请求RA报文，当设备刚上线时，可能会使用该报文请求路由器发送RA报文，该报文可以使得路由器立即发送RA报文而不用等待RA周期。
3、NS报文，即Neighbor Solicitation，邻居请求报文，该报文用于请求地址解析。
4、NA报文，即Neighbor Advertisements，邻居公告报文，该报文用于答复NS报文，完成地址解析和报文刷新等功能。
5、Redirect报文，当路由器发现更好的报文转发路径时，会使用该报文通知其他设备。
而要完成IPv6的地址解析功能，所用到的就是NS和NA报文。在IPv6实现地址解析，与IPv4有两点很大的不同：
①IPv4的ARP协议是链路层封装协议，没有涉及到IP地址的概念，而IPv6实现的地址解析是网络层协议，在发送NS和NA报文时，需要封装源IP地址和目的IP地址。
②IPv4中，ARP协议使用了广播的MAC地址，而在IPv6中，因为没有广播的定义，因此在IPv6中在进行地址解析的时候，所有的广播功能实现都是基于组播，而使用的组播报文，就是在下面介绍的被请求节点组播报文。

二、被请求节点组播地址简介
被请求节点组播地址是IPv6中组播地址的一种。该中形式的组播在scope字段为2，因此该组播地址前面都是一样的，为：
ff02::1:ff
该种形式的组播只有后24bit不同。并且后面的24bit的具体数值，就是该地址所对应的IPv6单播地址的后24bit。有关该地址的计算详情请见IPv6各地址计算方式汇总。
在IPv6实现地址解析的时候，都是先由被解析一方的IPv6单播地址，计算出该地址对应的被请求节点组播地址，然后再由该地址计算出组播MAC地址，最后完成封装的。

三、NS、NA报文详解
尽管IPv6的地址解析实现与IPv4有很多的不同，但是其基本原理都是一样的，他们的目的都是询问一个IP地址所对应的MAC地址。在本节，我将从NS和NA报文的细节入手，还原IPv6地址解析的全过程：
对于发送NS报文的一方，必然是要向同网段的IPv6地址尝试发数据包的一方，如果该设备不知道目的IPv6地址所对应的MAC地址，就无法完成数据包在数据链路层的封装，因此在发送数据包之前，他就必须先发送NS数据包，来询问该IPv6地址所对应的MAC地址。
在NS报文中，完成上述功能最重要的是target字段和option字段，这就类似于IPv4中ARP的源目MAC地址和源目IP地址相似。target字段就是要解析的IP地址，而option字段就是发送方的MAC地址。NS和NA报文，就是通过这两个字段，以及源目IP地址，来实现的地址解析功能，下面的讲解就着重介绍一下NS和NA报文中这两个字段的封装。
假设网络拓扑如下所示：

假设R1要PING R2
NS报文：
对于R1发送给的NS报文来说，源IP地址肯定是自己的IP地址，即2000::1，而目的IP地址则要填写R2的IPv6地址对应的被请求节点组播地址，很容易计算得到该地址为ff02::1:ff00:2。在ICMPv6报文中，target字段为R2 的IPv6地址，即2000::2，而option字段为R1的MAC地址。
因此，最后得到的NS报文为：

源MAC：R1的MAC地址
目的MAC：3333:ff00:2
	源IP：2000::1
	目的IP：ff02::1:ff00:2
	ICMP：
		target：2000::2
		option：R1的MAC地址

NA报文：
对于R2给R1回复的NA报文，源IP地址是R2自己的IPv6地址，目的IP地址是R1的IP地址，即2000::1，target还是R2的IPv6地址——2000::2，option为R2的MAC地址。
因此，最后的NA报文为：

源MAC：R2的MAC地址
目的MAC：R1的MAC地址
	源IP：2000::2
	目的IP：2000::1
	ICMP：
		target：2000::2
		option：R2的MAC地址

四、抓包验证
最后，我采用一个小的实验，实现了NS和NA报文完成地址解析的功能，在实验过程中，抓取数据包如下：
NS、NA数据包如下：

在NS报文中target和option字段如下：

在NA报文中target和option字段如下：

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