¿Qué es el Neighbor Discovery Protocol (NDP)?

Cualquier dispositivo que implemente el Neighbor Discovery Protocol para la comunicación en red, gestiona su propio neighbor cache. En este figuran todos los dispositivos conocidos de su red, verificables por su dirección de dispositivo único (MAC). Aquí es posible ver si la dirección en caché pertenece a un cliente o, por ejemplo, a un router. Sin embargo, el neighbor cache no es el único, sino uno de los cuatro buffers que sirven a las operaciones del protocolo NDP. Los otros tres componentes, que también son utilizados individualmente por cada dispositivo, son:

• Caché de destino: este incluye entradas para los nodos de la red a los que ya se han enviado paquetes de datos. A su vez, cada una de estas entradas se refiere a una dirección en el neighbor cache, que se utiliza al enviar paquetes de datos al puerto de destino como hop o conexión intermedia.

• Caché de prefijo: la lista de prefijos sirve para gestionar todos los prefijos válidos para la red en donde se encuentra el cliente. Esta lista es necesaria porque IPv6 soporta el multihoming (la accesibilidad de la red a través de dos proveedores diferentes)y porque permite la división del espacio de direcciones en diferentes prefijos.Con los registros en la caché de prefijo, el NDP se asegura de que el host de destino se encuentre en la misma subred. Cada prefijo, a excepción de la dirección MAC (también Link Layer Adress) dispone de un plazo fijo de validez, manteniendo así la memoria caché siempre al día.

• Default Router List: esta lista incluye todos los routers conocidos que tienen contacto regularmente con el dispositivo. Cada entrada en esta lista está vinculada a una entrada en el neighbor cache. El hecho de que solo se incluyan routers activos se debe a que automáticamente se define un periodo de caducidad para todos los agentes. Una extensión o renovación solo tiene lugar tras la correspondiente notificación del router.

Para crear diferentes cachés para el Neighbor Discovery Protocol, se suele utilizar el protocolo de Internet conocido como ICMPv6 (Internet Control Message Protocol for the Internet Protocol Version 6).

En la versión actual de la familia de protocolos de Internet, ICMPv6 se utiliza como transmisor de notificaciones de información y de error, pero también lo utiliza el Neighbor Discovery Protocol en alguno de los cinco tipos de ICMPv6 diferentes. Dependiendo del tipo que se emplee se utilizan determinadas notificaciones, con cuya ayuda es posible crear las listas o los buffers.

Por defecto, este tipo de mensajes tienen una longitud de 128 bits, aunque se pueden añadir bits adicionales para las opciones. Las opciones válidas son la dirección MAC del router, los datos sobre el tamaño máximo del paquete (“Maximum Transmission Unit”) y toda la información relevante del prefijo.

En correspondencia con el mensaje, el campo “tipo” se fija en 134 y el campo “código” siempre en 0. Le siguen la suma de comprobación ICMP de 16 bits y una indicación de 8 bits para el límite de saltos (hop) que contiene las estaciones intermedias recomendadas por el router.

A continuación figuran los bits que proporcionan información acerca de:

• si las direcciones IP están disponibles a través del DHCPv6 dinámico (M)

• y si se pueden obtener otros datos de la dirección a través del DHCPv6 dinámico (O).

El campo “reservado” permanece sin usar y es ignorado por el receptor. Además, los anuncios del router contienen cifras sobre:

• el tiempo en segundos que el router debe permanecer en la Default Router List (vida útil del router; dato entero de 16 bits, máximo 65535);

• el tiempo en milisegundos que, después de establecida la accesibilidad, debe estar disponible una dirección en el neighbor cache (tiempo máximo de accesibilidad; dato entero de 32 bits, máximo 50 días aprox.)

• el tiempo en milisegundos, después del cual se puede volver a enviar un mensaje de solicitud (ver más adelante) (tiempo máximo de resolución; dato entero de 32 bits).

La estructura estándar de un mensaje ICMPv6 para NDP del tipo 133 tiene una longitud mínima de 64 bits. “Tipo” contiene el valor de solicitud 133, mientras que “código” se ajusta nuevamente a 0. Los otros dos campos obligatorios son la suma de comprobación ICMP (16 bits) y un campo de 32 bits “reservado” que se queda sin utilizar.

La única opción de entrada posible, que puede ser añadida al mensaje, es la dirección MAC del remitente.

Como todos los mensajes ICMPv6, las Neighbor Solicitations también comienzan con la identificación de tipo de 8 bits (en este caso se le asigna el valor 135 a “tipo”), seguida por el código de 8 bits (definido en 0) y la suma de comprobación de 16 bits. Al igual que las otras notificaciones presentadas anteriormente, el campo “reservado” se queda sin usar.

Con 128 bits, la dirección IP que se tiene como objetivo (que no puede ser una dirección multicast) compone la mayor parte del mensaje, siendo su longitud total de al menos 192 bits. Este tipo de mensaje decisivo para el Neighbor Discovery Protocol también permite la especificación opcional de la dirección MAC del emisor.

Con una longitud mínima de 320 bits, los Redirects son los mensajes ICMPv6 más grandes y de gran relevancia para el funcionamiento del Neighbor Discovery Protocol. A la estructura con secuencias de bits para la definición de “tipo” (137), de código (0), de la suma de comprobación y de un campo “reservado” sin utilizar (32 bits), le siguen la dirección del hop recomendado y la dirección a la cual se recomienda este desvío (ambas 128 bits). Opcionalmente el paquete de mensajes puede contener la dirección MAC del destino y la cabecera del paquete redirigido.

Evidentemente, existe una gran cantidad de información en cuanto a los mecanismos de caché y los recursos de comunicación del Neighbor Discovery Protocol en combinación con el protocolo de control de mensajes de Internet (Internet Control Message Protocol). Los siguientes escenarios del NDP ilustran la interacción y el funcionamiento de ambos protocolos:

• Reconocimiento del router y del prefijo de red: todos los routers en una red transmiten Router Advertisements a todos los usuarios de la red a través de multicast. Estos contienen, entre otras cosas, información como la dirección, el prefijo de red y el enrutamiento, que sirven para crear la Default Router List y la Prefix List. Sobre la base de estos registros los clientes determinan la puerta de enlace determinada y la máscara de subred. Debido a que todas estas entradas tienen una validez limitada, solo el router activo permanece registrado. Los anuncios del router también se pueden forzar con ayuda de las Router Solicitations.

• Determinar los parámetros importantes para la transmisión de paquetes: opcionalmente, los Router Advertisements pueden contener información sobre los parámetros que deben aplicar los clientes durante la transmisión de paquetes. Se puede tratar de información muy concreta como, por ejemplo, el tamaño máximo del paquete, pero también de parámetros de Internet más amplios como el límite de estaciones intermedias prescrito para los paquetes salientes.

• Determinar el siguiente hop: Si se tiene que enviar un paquete, el protocolo ND se encarga de comprobar si la caché de destino ya contiene una entrada para el host de destino previsto. Si no es así, el protocolo determina cuál es el próximo nodo intermedio a partir de la información en la lista de prefijos y en la del router estándar. A continuación, se almacena el nuevo estado de información en la memoria caché de destino, con lo que estará disponible de inmediato con una nueva solicitud. En caso de que no haya un equivalente en el neighbor cache, se genera automáticamente y se inicia la resolución de la dirección.

• Resolver direcciones IP en direcciones MAC: para determinar la dirección MAC de un host específico en la red, este recibe una Neighbor Solicitation a través de IPv6 Multicast en su propia y muy específica dirección de multidifusión. A esta única combinación de direcciones solo puede responder el host. Como respuesta, este envía un mensaje de Neighbor Advertisement con la dirección MAC almacenada por el cliente inicial en su neighbor cache. De esta manera el NDP no solo se utiliza para identificar vecinos, sino también para definir routers.

• Reconocer la falta de disponibilidad de un vecino: la relevancia de todas las direcciones MAC almacenadas en el neighbor cache tiene que comprobarse regularmente. Siempre y cuando se envíen desde una dirección registrada datos IP/TCP o confirmaciones de entrada, esta dirección figura como activa y el host responsable como disponible. En caso de que no se hayan intercambiado datos con el dispositivo en un tiempo y haya expirado la validez de la entrada, entonces se considera obsoleta. Para comprobar si, de hecho, el host en cuestión no está disponible, se envía primero un paquete de datos a la dirección registrada. Si no hay respuesta se realiza un último test a través de una Neighbor Solicitation Unicast. Si este confirma la inaccesibilidad, esta entrada desaparecerá del neighbor cache.

• Detectar direcciones duplicadas: si un dispositivo ha obtenido una dirección por autoconfiguración, el NDP considera a esta dirección en un primer momento como “tentative” (provisional). Antes de activarse definitivamente, sin embargo, debe clasificarse como “inequívoca”. Con este fin, el cliente de red recién conectado envía una Neighbor Solicitation a la dirección temporal que quiere usar él mismo junto con una dirección temporal de retorno no específica. Si otro host ya utiliza dicha dirección, este responderá a la dirección de multidifusión general con un mensaje de Neighbor Advertisement. El cliente que realiza la comprobación también lo recibe, después de lo que obtiene una nueva dirección.

• Informar sobre las opciones de redirección: con los mensajes de redirección, el Neighbor Discovery Protocol ofrece a los routers la posibilidad de optimizar el camino de los paquetes de datos hacia su host de destino. Como se mencionó anteriormente, con la ayuda del tipo ICMPv6 137, estos pueden hacer recomendaciones de las estaciones intermedias más adecuadas que, a la vez, deben incluirse en el caché de destino.

Independientemente de si se trata de Windows, macOS, Linux, iOS o Android, todos los sistemas operativos modernos son compatibles con IPv6 y, por lo tanto, tienen la capacidad de recurrir al Neighbor Discovery Protocol en redes basadas en Ethernet. Con la ayuda del comando apropiado en la terminal de línea de comandos es posible visualizar el neighbor cache de tu dispositivo en cualquier momento.

En Windows, por ejemplo, puedes consultar tus vecinos de red con la ayuda del programa netsch (network Shell) y el siguiente comando:

Con la mayoría de distribuciones Linux se puede acceder al neighbor cache con ayuda de la herramienta iproute2 y el comando: