Neighbor Discovery

Existen diferentes tipos de capas de enlaces con diferentes propiedades:

• Con capacidad de multidifusión: es un enlace que soporta enviar paquetes a un subconjuto o a todos los vecinos.
• Punto a punto: es un enlace que conecta dos interfaces. Estos enlaces tienen capacidad de multidifusión y tienen dirección del tipo enlace-local (unicast).
• Multi-acceso de no difusión (NBMA): es un enlace que soporta más de dos interfaces conectados, pero no tiene capacidad de multidifusión, por lo tanto deberá proveer un mecanismo que le de esta capacidad.
• Medio compartido: es un enlace que permite la comunicación directa entre varios nodos, pero los nodos conectados se configuran de tal manera que no disponen de información de prefijo completa para todos los destinos de enlace. Es decir, en la capa de red, los nodos en el mismo enlace pueden no saber que son vecinos, por lo tanto, se comunicarán a través de un enrutador.
• MTU variable: es un enlace que tiene una MTU definida. Por defecto se comunicará a través de un enrutador.
• Accesibilidad asimétrica: es un enlace dónde se da accesibilidad reflexiva y/o transitiva.
  • Reflexiva: Un nodo A alcanza a un nodo B, pero no viceversa.
  • Transitiva: Un nodo A alcanza a un nodo B, un nodo B alcanza a un nodo C, pero el nodo A no alcanza al nodo C directamente.
  • 

    Accesibilidad reflexiva y accesibilidad transitiva, siendo A, B y C nodos de una red.

En Neighbor Discovery se hace uso de diferentes direcciones de IPv6 todas ellas definidas en RFC4291.

• Multidifusión a todos los nodos: es una dirección del tipo enlace-local para alcanzar a todos los nodos, y es FF02::1.
• Multidifusión a todos los routers: es una dirección del tipo enlace-local para alcanzar a todos los enrutadores, y es FF02::2.
• Link-Local: Es una dirección unicast que sirve para alcanzar a los vecinos, siendo de la forma FE80::/10. Cada interfaz de un enrutador debe tener direcciones de este tipo.
• Sin especificar: Es la dirección 0::0 y se suele utilizar no como destino, sino como origen cuando un nodo aún no sabe su propia dirección.

Un host no puede empezar a utilizar una red hasta que no conoce la identidad de al menos un enrutador local. Estos mensajes proporcionarán un medio por el que un host puede localizar a un enrutador y aprender importantes parámetros relacionados con el funcionamiento de la red local.

Solicitud de router (Router Solicitation): se genera un mensaje de este tipo cada vez que una interfaz de un nodo es activado, para así pedir a los enrutadores que se anuncien (Router Advertisement).

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje Router Solicitation.
Type	1	Identifica el tipo de mensaje ICMPv6, para Router Solicitation su valor es 133.
Code	1	No es utilizado, suele estar a cero.
Checksum	2	Es calculado de manera similar a la versión IPv4, sirve para proveer detección de errores en la trama.
Reserved	4	Estos 4 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
Options	variable	En caso de que el nodo que envía este mensaje sabe su dirección de capa 2, debería estar incluida en una opción del tipo dirección MAC de origen.

Anunciación de router (Router Advertisement): es generado automáticamente por los enrutadores al recibir una solicitud de router, o periódicamente para mantener informados a los nodos.

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato de mensaje Router Advertisement.
Type	1	Identifica el tipo de mensaje ICMPv6, para Router Advertisement su valor es 134.
Code	1	No es utilizado, suele estar a cero.
Checksum	2	Es calculado de manera similar a la versión IPv4, sirve para proveer detección de errores en la trama.
Cur Hop Limit	1	El valor de este campo indica a los hosts de la red local el valor que deberán insertar en el campo Hop Limit de los datagramas que envían. Si está a cero está indicando que no se recomienda ningún valor.
Autoconfig Flags	1	Solo se utilizan 2 bits, uno para cada flag. Estos flags permiten al enrutador informar de que manera es la auto-configuración en la red local. Bit 1 (M): Cuando está a 1, indica que las direcciones están disponibles a través de DHCPv6. Cuando está a 1 el flag O es redundante ya que DHCPv6 devolverá toda la información de configuración. Bit 2 (O): Cuando está a 1, indica que otra información de configuración está disponible a través de DHCPv6. Por ejemplo información sobre el DNS, o servidores en la red. Resto (Reserved): Bits reservados para uso futuro.
Router Lifetime	2	Indica al receptor de este mensaje cuanto tiempo (en segundos) este enrutador deberá permanecer como enrutador por defecto. Si el valor de este campo es 0, entonces no se deberá utilizar este enrutador por defecto.
Reachable Time	4	Indica al host cuanto tiempo (en mili-segundos) deberá considerar un vecino como alcanzable después de recibir la confirmación de alcanzable.
Retrans Timer	4	Indica el tiempo (en mili-segundos) que el host debe esperar antes de retransmitir.
Options	variable	Hay tres tipos de información que este campo puede contener: Dirección MAC de origen: se incluye cuando se sabe la dirección MAC. MTU: Se utiliza para informar a los hosts de la MTU de la red local. Información de prefijo: Informa a los hosts que prefijo o prefijos utilizar dentro de la red local.

Solicitud de vecino (Neighbor Solicitation): son utilizadas por los nodos para determinar la dirección MAC de un vecino, o para verificar que un vecino sigue siendo accesible a través de una dirección MAC que se encuentra en caché. También es utilizado para detectar direcciones IP duplicadas.

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato de mensaje Neighbor Solicitation.
Type	1	Identifica el tipo de mensaje ICMPv6, para Neighbor Solicitation su valor es 135.
Code	1	No es utilizado, suele estar a cero.
Checksum	2	Es calculado de manera similar a la versión IPv4, sirve para proveer detección de errores en la trama.
Reserved	4	Estos 4 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
Target Address	16	Contendrá la dirección IP unicast del dispositivo del cual se está intentando resolver su dirección MAC.
Options	variable	Si el dispositivo que genera la solicitud sabe su propia dirección IP y MAC, se deberá incluir en las opciones la dirección IP y MAC de origen. Esto se hace con el propósito de que el receptor añada a su caché estas direcciones.

Anunciación de vecino (Neighbor Advertisement): se genera automáticamente al recibir una solicitud de vecino, o se genera cuando se va a realizar un cambio en la dirección MAC (reemplazar el host por otro).

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato de mensaje Neighbor Advertisement.
Type	1	Identifica el tipo de mensaje ICMPv6, para Neighbor Advertisement su valor es 136.
Code	1	No es utilizado, suele estar a cero.
Checksum	2	Es calculado de manera similar a la versión IPv4, sirve para proveer detección de errores en la trama.
Flags	4	Solo se utilizan 3 bits, uno para cada flag. Estos flags permiten transmitir información sobre el mensaje: Bit 1 (R): Identifica el tipo de dispositivo que ha enviado el mensaje (1 cuando el mensaje lo ha enviado un enrutador, y 0 cuando ha sido enviado por un host). También se utiliza para detectar cuando un enrutador cambia de funcionar como tal, a funcionar como un host. Bit 2 (S): Cuando está a 1 indica que el mensaje ha sido enviado en respuesta a un Neighbor Solicitation. Bit 3 (O): Cuando está a 1 indica al receptor que deberá sobrescribir cualquier información de caché relacionada con la dirección de dispositivo origen. Resto (Reserved): Bits reservados para uso futuro.
Target Address	16	Si el mensaje es enviado en respuesta a un Neighbor Solicitation entonces este campo tendrá el mismo valor que el campo target address del mensaje Neighbor Solicitation. Comúnmente contendrá la dirección IP de dispositivo que genera este mensaje.
Options	variable	Cuando este mensaje es generado en respuesta a un Neighbor Solicitation multicast entonces será obligatorio que se añada la dirección MAC del dispositivo que genera este mensaje. En cambio, cuando la respuesta se debe a un Neighbor Solicitation unicast no será obligatorio incluir la dirección MAC (ya que para enviar Neighbor Solicitation necesitaba la dirección MAC, es decir, ya la tiene), pero se suele incluir.

Redirección (Redirect): se genera cuando un nodo quiere informar a un enrutador de una mejor ruta hacia un destino. Estos mensajes siempre son unicast.

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato de mensaje Redirect.
Type	1	Identifica el tipo de mensaje ICMPv6, para Redirect su valor es 137.
Code	1	No es utilizado, suele estar a cero.
Checksum	2	Es calculado de manera similar a la versión IPv4, sirve para proveer detección de errores en la trama.
Reserved	4	Estos 4 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
Target Address	16	Contiene la dirección IP del enrutador por el cual la ruta hacia el destino hubiera sido más eficiente.
Destination Address	16	Contiene la dirección IP del destino al que iba dirigido el paquete, antes de que se generase el mensaje Redirect.
Options	variable	Normalmente se utilizan dos tipos de opciones: Dirección MAC de origen: Contiene la dirección MAC del dispositivo generador de este mensaje. Con esto se evita tener que realizar la resolución de dirección MAC una vez el enrutador de destino reciba este mensaje. Cabecera redirigida (Redirected Header): Para hacer que este mensaje supere la unidad máxima de transferencia (MTU), es decir 1280 bytes, se introducirá parte del datagrama que originó este mensaje. Se cogerá tanto como sea necesario hasta llegar a 1280 bytes.

Existen cinco tipos de mensajes de información ICMPv6 definidos y utilizados por Neighbor Discovery. En el campo de opciones de cada uno de los mensajes Neighbor Discovery se pueden insertar uno o más de estos mensajes de información. El nombre puede que no sea el más apropiado ya que solo en algunos casos estos mensajes son opcionales. Por ejemplo, en un Neighbor Advertisement se tiene que introducir en el campo de opciones la dirección MAC de la resolución, y sin esta opción el mensaje no tendría sentido.

Cada opción tiene una estructura basada en el clásico "tipo, longitud y valor". El campo de tipo indica la opción, la longitud indica la longitud para que el dispositivo que procese la opción pueda determinar dónde termina esta. Por último el campo de valor contiene la información relativa a la opción utilizada. Algunas opciones son utilizadas solo en un tipo de mensaje ICMPv6, mientras otras son incorporadas por más de un tipo de mensaje. Por lo tanto, son componentes modulares que pueden ser utilizados en distintos tipos de mensajes según se necesite.

Dirección MAC de Origen (Source Link-Layer Address) tiene el siguiente formato:

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje de opción ICMPv6 Source Link-Layer Address.
Type	1	Identifica el tipo de opción ICMPv6, para Source Link-Layer Address su valor es 1.
Length	1	La longitud de la opción incluyendo el tipo y la longitud, expresado en unidades de 64 bits.
Source Link-Layer Address	variable	Contiene la dirección de capa 2 (dirección MAC) del dispositivo que envía el mensaje.

Dirección MAC del Objetivo (Target Link-Layer Address) tiene el siguiente formato:

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje de opción ICMPv6 TargetLink-Layer Address.
Type	1	Identifica el tipo de opción ICMPv6, para Target Link-Layer Address su valor es 2.
Length	1	La longitud de la opción incluyendo el tipo y la longitud, expresado en unidades de 64 bits.
Target Link-Layer Address	variable	Contiene la dirección de capa 2 (dirección MAC) del dispositivo que envía el mensaje y ha sido objetivo de una resolución MAC, o de mensaje Redirect y así evitar la resolución MAC más tarde.

Información de Prefijo (Prefix Information) tiene el siguiente formato:

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje de opción ICMPv6 Prefix Information.
Type	1	Identifica el tipo de opción ICMPv6, para Prefix Information su valor es 3.
Length	1	La longitud de la opción incluyendo el tipo y la longitud, expresado en unidades de 64 bits. Como no hay ningún campo variable su valor será de 4 (4*64 bits = 256 bits = 32 bytes)
Prefix Length	1	El número de bits del campo Prefix que es considerado parte de identificador de red (el remanente es utilizado como identificador de host e ignorado).
Flags	1	Solo se utilizan 2 bits, uno para cada flag. Estos flags permiten transmitir información sobre el prefijo: Bit 1 (L, On-Link Flag): Cuando está a 1 indica que receptor de la opción puede utilizar el prefijo para determinar que parte de la dirección IP es identificador de red local. Cuando está a 0 él no está declarando si se puede utilizar el prefijo para esto o no. Bit 2 (A, Autonomous Address-Configuration Flag): Cuando está a 1 indica que el prefijo puede ser utilizado para la auto-configuración de IPv6. Resto (Reserved): Bits reservados para uso futuro.
Valid Lifetime	4	Indica la cantidad de segundos que el receptor de la opción debe considerar el prefijo válido para propósitos de determinación de área local. Si su valor es de 1 (1 segundos) significa que su duración es para siempre.
Preferred Lifetime	4	Indica la cantidad de segundos que el receptor de la opción debe considerar la dirección creada a partir del prefijo como principal.
Reserved	4	Estos 4 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
Prefix	16	Contiene el prefijo asignado. Solo se eligen como prefijo la cantidad de bits especificada por el campo Prefix Length.

Cabecera Redireccionada (Redirected Header) tiene el siguiente formato:

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje de opción ICMPv6 Redirected Header.
Type	1	Identifica el tipo de opción ICMPv6, para Redirected Header su valor es 4.
Length	1	La longitud de la opción incluyendo el tipo y la longitud, expresado en unidades de 64 bits.
Reserved	6	Estos 6 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
IP Header + Data	variable	Conendrá parte del datagrama que originó el mensaje Redirect. Se cogerá tanto como sea necesario hasta llegar a 1280 bytes.

Opción de MTU (MTU Option) tiene el siguiente formato:

Nombre del campo	Tamaño (bytes)	Descripción	Formato del mensaje de opción ICMPv6 MTU Option.
Type	1	Identifica el tipo de opción ICMPv6, para MTU Option su valor es 5.
Length	1	La longitud de la opción incluyendo el tipo y la longitud, expresado en unidades de 64 bits. Como no hay ningún campo variable su valor será de 1 (1*64 bits = 64 bits = 8 bytes)
Reserved	2	Estos 2 bytes están reservados para usos futuros, están iniciados a cero.
MTU	4	Contiene el valor de la MTU en bytes que el enrutador recomienda utilizar en el área local.

Este es uno de los principales grupos de funcionalidades de Neighbor Discovery ya que facilitan el descubrimiento de enrutadores locales e intercambian información entre ellos y los hosts. Estas funcionalidades se distinguen en cuatro específicas y están diseñadas para su uso en los mensajes Router Solicitation y Router Advertisement:

• Router Discovery (Descubrimiento de Enrutador): es el método por el cual los hosts localizan enrutadores en la red local.
• Prefix Discovery (Descubrimiento de Prefijo): los hosts utilizan esta función para determinar en qué red se encuentran. A su vez esta función indica como diferenciar entre destinos locales o distantes a la red local y si intentar la entrega directa o indirecta de datagramas.
• Parameter Discovery (Descubrimiento de Parámetros): es el método por el cual un host aprende parámetros importantes sobre la red local y/o enrutadores, como por ejemplo la MTU del enlace local.
• Address Autoconfiguration (Auto-configuración de dirección): los hosts en IPv6 son capaces de configurarse automáticamente, pero esto requiere información que es proporcionada por un enrutador.

Para proporcionar todas estas funcionalidades es necesario que los enrutadores y los hosts realicen una serie de tareas:

Este es otro de los principales grupos de funcionalidades de Neighbor Discovery está asociado con información determinante y la comunicación entre nodos (normalmente hosts). Algunas de las siguientes funciones también puede ser utilizada entre un enrutador y un host, pero este grupo no fue específicamente diseñado para ello. Estas funcionalidades se distinguen en cuatro específicas:

• Address Resolution (Resolución de dirección): es el proceso por el cual un dispositivo obtiene la dirección de capa 2 (MAC) de otro dispositivo de la red local a partir de su dirección de capa 3 (IPv6)
• Next-Hop Determination (Determinación del siguiente salto): es el método por el cual se consulta el destino del datagrama IP y así se determina dónde se debe enviar a continuación.
• Neighbor Unreachability Detection (Detección de vecino inalcanzable): es el proceso que determina si un vecino puede ser o no contactado.
• Duplicate Address Detection (Detección de direcciones duplicadas): determina si la dirección que un dispositivo desea utilizar ya existe en la red.

El envío de datagramas IP puede ser dividido en dos métodos:

• Envío indirecto: requiere que los enrutadores presten ayuda a los hosts a través de las funcionalidades Host-Enrutador.
• Envío directo: el envío es desde un host a otro host en la misma red. No requiere el uso de enrutadores, pero necesitará funciones que involucren la determinación del siguiente salto comunicado directamente entre hosts.

Para proporcionar todas estas funcionalidades es necesario que los hosts realicen una serie de tareas:

Una de las mayores responsabilidades de Neighbor Discovery es la de la función de redirección. Es utilizada por un enrutador para informar a un host de una mejor ruta para enviar los datagramas a un destino concreto.

Los enrutadores son responsables de detectar situaciones en las cuales un host de la red local ha tomado una decisión ineficaz de encaminamiento para el primer salto, y debe actuar para corregir esto. Por ejemplo, considérese una red que está formada por dos enrutadores, R1 y R2. Un host A quiere enviar un datagrama al dispositivo B de otra red que está conectada a A a través del enrutador R2. Si A envía un datagrama a R1, R1 sabrá que tiene que pasar por R2, y por lo tanto se lo enviará. Viendo que R2 también estaba en la red local, R1 se da cuenta de que A ha tomado una mala decisión ya que el datagrama tenía que haber sido enviado directamente al enrutador R2, no a R1. Como respuesta, R1 creará un mensaje Redirect. Este mensaje le indicará a A que cualquier datagrama con ese destino deberá ser enviado a través de R2.

Solamente los enrutadores enviarán mensajes Redirect. Los hosts son responsables de esperar estos mensajes, y cuando les lleguen procesarlos. Cuando un host procesa la información de un mensaje Redirect actualizará su caché en de acuerdo a esto.

Tras generarse el menaje Redirect la transmisión del datagrama va a continuar hasta el final. El cambio de ruta que provocará el mensaje Redirect se verá reflejado en la ruta de los siguientes datagramas con el mismo destino.

• IPv6
• ICMPv6
• DHCPv6
• MTU

1. IPv6 Router Advertisement Deep Dive
2. Neighbor Discovery for IP version 6 (IPv6) (RFC4861)
3. IPv6 Subnet Model: The relationship between Link and Subnet Prefixes (RFC5942)
4. IP Version 6 Addressing Architecture (RFC4291)
5. Information About IPv6 Neighbor Discovery (Cisco)
6. TCP/IP IPv6 Neighbor Discovery Protocol (ND)
7. IPv6 - Atacando el Neighbor Discovery
8. Neighbor Discovery para IPv6: Ataques y Contramedidas
9. NDP - Neighbor Discovery Protocol