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.