Neighbor Discovery Protocol (NDP): che cos’è?

Ogni dispositivo che ricorre al Neighbor Discovery Protocol per la comunicazione all’interno della rete, amministra autonomamente la propria Neighbor Cache, o cache dei vicini. All’interno di questa cache sono elencati tutti i dispositivi della rete a esso conosciuti e quindi identificabili per mezzo dei loro univoci indirizzi di dispositivo (MAC). Così facendo è possibile stabilire se l’indirizzo in memoria appartiene a un semplice client o se al contrario a un router. La Neigbor Cache non è tuttavia l’unica, piuttosto è una di quattro memorie intermediarie che servono al funzionamento del protocollo NDP. Le tre altre componenti, che allo stesso modo vengono utilizzate separatamente da ogni dispositivo, sono le seguenti:

• Cache delle destinazioni: questa cache raccoglie dati riguardo a tutti gli host della rete ai quali sono già stati inviati dei pacchetti dati. Ognuna di queste immissione dati rimanda tramite link a un indirizzo contenuto all’interno della Neighbor Cache, il quale deve essere utilizzato come prossimo Hop (salto) al momento dell’invio di pacchetti dati all’host di destinazione desiderato.

• Lista dei prefissi: nella cache contenente la lista dei prefissi vengono gestititi tutti i prefissi utili per la rete in cui si trova il client. Tale lista è da una parte necessaria perché supporta l’IPv6 Multhoming, ovvero la raggiungibilità della rete attraverso due provider distinti, e dall’altra permette la suddivisione dell’Address Space in vari prefissi. Grazie ai record in questa cache il NDP garantisce che l’host di destinazione si trovi nella stessa sottorete. Ogni prefisso, eccezione fatta per l’indirizzo MAC (anche Link Layer Address), possiede una durata di validità prestabilita, così che la cache sia sempre aggiornata.

• Lista dei router: la lista dei router di default raccoglie tutti i router conosciuti che entrano regolarmente in contatto con il dispositivo. Ogni record all’interno di questa lista è collegato con un record all’interno della cache dei vicini. Il fatto che siano elencati solamente i router attivi lo si deve al fatto che per ognuno di essi viene definito un tempo ultimo. L’estensione o il rinvio di tale scadenza avviene solo richiamando il router in questione.

Per creare le varie cache per il NDP si utilizza un altro protocollo di Internet, conosciuto come ICMPv6 (“Internet Control Message Protocol for the Internet Protocol Version 6”).

Nell’attuale versione della famiglia dei protocolli di Internet l’ICMPv6 serve solitamente come trasmettitore delle comunicazioni di avviso o di errore, ma viene preso anche in considerazione dal Neighbor Discovery Protocol sotto forma di cinque diversi tipi di ICMPv6. In base al tipo vengono utilizzati diversi messaggi tramite l’aiuto dei quali prendono forma le cache e le liste contenute al loro interno.

La struttura standard di un messaggio NDP ICMPv6 del tipo 133, prevede una lunghezza minima di 64 bit. Al campo “Tipo” viene assegnato il valore di Router Solicitation 133, mentre “Codice” viene impostato su 0. Gli altri due campi obbligatori sono “Checksum” (16 bit) e “Riservato”, che deve rimanere inutilizzato, e che ha una lunghezza di 32 bit.

L’unica opzione che potete decidere se allegare al messaggio è l’indirizzo MAC del mittente.

Come tutti i tipi di messaggi ICMPv6 iniziano anche i Neighbor Solicitation con una etichetta per la definizione del tipo di messaggio, in questo caso il “Tipo” ha il valore 135. Segue il codice con i suoi 8 bit, che va impostato sullo 0, e i 15 bit dell’Internet Control Message Protocol. Come per tutti gli altri messaggi già presentati, “Riservato” rimane vuoto.

Con 128 bit l’indirizzo IP destinatario, che non può essere un indirizzo multicast, costituisce la parte maggiore del messaggio; il quale ha in totale una lunghezza minima di 192 bit. Anche questo tipo di messaggio vitale per il Neighbor Discovery Protocol permette di indicare in aggiunta anche l’indirizzo MAC del mittente.

Con una lunghezza minima di 320 bit, i Redirect sono i messaggi ICMPv6 di maggiore dimensione tra quelli che servono per il funzionamento del Neighbor Discovery Protocol. La struttura tipica costituita dalla successione di “Tipo” (valore: 137), “Codice” (0), “Checksum” e un campo “Riservato” non utilizzato (32 bit), è seguita dall’indirizzo del salto consigliato e infine dall’indirizzo per il quale è consigliata la modifica, per un totale di 256 bit (128 ciascuno). Eventualmente il pacchetto del messaggio può contenere l’indirizzo MAC del target così come l’header del pacchetto deviato.

Sono molti i meccanismi di caching e i mezzi di comunicazione del Neighbor Discovery Protocol in combinazione con l’Internet Control Message Protocol. I successivi scenari relativi al NDP chiariscono la cooperazione e il funzionamento di entrambi questi protocolli:

• Riconoscere router e prefisso di rete: tutti i router di una rete trasmettono per multicast i Router Advertisement a tutti i membri della rete a intervalli regolari. Tra le altre cose questi contengono informazioni come l’indirizzo, il prefisso di rete e il routing, che servono per la creazione della Default Router List così come per la Prefix List. In base a questi dati i client comunicano perciò gli Standard Gateway e le maschere di sottorete. Essendo che tutti i record dispongono di una durata di validità limitata, solo i router realmente attivi rimangono registrati. Gli Advertisement dei router possono essere anche ottenuti forzatamente grazie all’utilizzo dei router Solicitation.

• Individuare i parametri importanti per la trasmissione dei pacchetti: all’evenienza i Router Advertisement possono contenere anche informazioni riguardo a quali parametri debbano essere utilizzati per la trasmissione dei pacchetti da parte dei client facenti parte della rete. I dati contenuti possono essere molto concreti, come le dimensioni massime del pacchetto, ma anche parametri Internet di ben più ampia portata come il limite di salti stabilito per i pacchetti in uscita.

• Stabilire il salto successivo: se deve essere inviato un pacchetto, il protocollo NDP verifica se la cache di destinazione contenga già un record dati per l’host di destinazione. Se questo non dovesse essere il caso, il protocollo comunica il prossimo salto in base alle informazioni presenti nella lista dei prefissi e in quella dei router di default. Successivamente la cache di destinazione viene aggiornata in base alle nuove informazioni ottenute, così che sia disponibile sin da subito nel caso di una nuova richiesta. Se all’interno della cache dei vicini non c’è nessun record dati corrispondente, verrà allora creato in automatico e seguirà la risoluzione dell’indirizzo.

• Risoluzione degli indirizzi IP e MAC: al fine di riuscire a identificare l’indirizzo MAC di un dato host all’interno di una rete, l’host ottiene una Neighbor Solicitation tramite IPv6-Multicast presso il suo specifico indirizzo multicast. A questa unica combinazione di indirizzi può rispondere unicamente l’host tramite l’invio di un messaggio Neighbor Advertisement contenente l’indirizzo MAC, che viene perciò salvato dal cliente di origine nella Neighbor Cache. In questo modo il Neighbor Discovery Protocol viene utilizzato sia per identificare i vicini che il router.

• Determinare l’irraggiungibilità di un vicino: l’attualità di tutti gli indirizzi MAC salvati nella Neighbor Cache deve essere regolarmente controllata. Fin quando vengono inviati dati TCP/IP o conferme di ricevimenti TCP/IP da parte di un indirizzo presente nella cache, questo viene chiaramente considerato attivo e l’host associato raggiungibile. Se invece è da tempo che non avviene nessuno scambio di dati con il dispositivo interessato e la durata di validità di un record è scaduta nel frattempo, allora questo viene segnato come desueto. Per verificare però che sia effettivamente così, e che quindi l’host non sia raggiungibile, viene inviato un pacchetto dati all’indirizzo salvato in memoria. Se non si ottiene risposta, viene fatto un ultimo tentativo tramite l’Unicast Neighbor Solicitation. Se anche questo test conferma l’irraggiungibilità, il record viene eliminato dalla cache dei vicini.

• Riconoscere gli indirizzi doppi: se un dispositivo ha ottenuto un indirizzo per autoconfigurazione, il NDP lo classifica inizialmente come “tentative”, ovvero come provvisorio. Infatti per far sì che l’indirizzo diventi veramente effettivo deve prima essere comprovata la sua unicità. A questo scopo il cliente di rete appena collegato invia un Neighbor Solicitation all’indirizzo temporaneo, con un indirizzo mittente a sua volta temporaneo e non specifico. Se un altro host utilizza già l’indirizzo, allora esso risponderà per mezzo di un messaggio Neighbor Advertisement a tutti gli indirizzi multicast. In questo modo anche il client che ha inviato la richiesta viene a conoscenza del nuovo indirizzo.

• Informare attraverso le opzioni redirect: con il messaggio redirect il Neighbor Discovery Protocol fornisce ai router la possibilità di ottimizzare il percorso dei pacchetti dati verso l’host di destinazione desiderato. Come menzionato precedentemente, questi possono utilizzare l’ICMPv6 tipo 137 per fornire consigli per salti migliori e più adatti al percorso, i quali vengono poi raccolti nella cache di destinazione. 

Tutti i sistemi operativi moderni, Windows, macOS, Linux, iOS o Android, supportano l’IPv6 e sono quindi nella condizione di disporre delle possibilità di NDP nelle reti Ethernet. Attraverso il comando apposito potete richiamare in ogni momento la cache dei vicini creata per il vostro dispositivo.

Ad esempio con Windows viene utilizzato il programma netsh (network shell) e il seguente comando per elencare i vostri vicini di rete:

Con la maggior parte delle distribuzioni Linux si utilizza il tool iproute2 e il seguente comando per ottenere la presa di visione della Neighbor Cache.