ICMPv6 协议详解

在 IPv4 中，路由器使用 ICMP 向源节点报告向目的地传输 IP 报文过程中的错误和信息。它为诊断、信息通知和管理目的定义了一些消息，如目的不可达、报文超长、超时、回显请求和回显应答等。在 IPv6 中，ICMPv6 除了提供 ICMPv4 常用的功能之外，还作为其他一些功能的基础，如邻居发现、无状态地址配置（包括重复地址检测）、PMTU 发现等。

ICMPv6 的协议类型号（即 IPv6 报文中的 Next Header 字段的值）为 58。ICMPv6 报文的格式：

报文中部分各字段的含义如下：

• Type：表明消息的类型，0～127 表示错误报文类型，128～255 表示消息报文类型。

• Code：表示此消息类型细分的类型。

• Checksum：表示 ICMPv6 报文的校验和。

ICMPv6 错误报文用于报告在转发 IPv6 报文过程中出现的错误。ICMPv6 目的不可达错误报文可以分为以下 5 种：

• 0：没有能到达目标的路由（路由表中，没有与目标相匹配的路由）

• 1：与目标的通信被管理策略禁止（与目标的通信被管理策略禁止，通常是被防火墙丢弃）

• 2：超出源站的地址范围（目标节点地址不在源站点地址的范围内。当数据包被一个不在源地址范围内的网络接口转发时，由路由器发送该类型报文）

• 3：地址不可到达（目的地址不可到达。在无法解析目标的链路层地址时，发送该类型报文）

• 4：端口不可到达（通常是由于包含 UDP 报文的 IPV6 数据包到达了目标，但是在目标中却没有应用程序侦听 UDP 端口）

ICMPv6 信息报文提供诊断功能和附加的主机功能，比如组播侦听发现和邻居发现。常见的 ICMPv6 信息报文主要包括 Echo Request（回显请求）报文和 Echo Reply（回显应答）报文，这两种报文也就是通常使用的 Ping 报文。

• 回显请求报文：将回显请求报文发送到目标节点，以使目标节点立即发回一个回显应答报文。回显请求报文的 Type 字段值为 128,Code 字段的值为 0。

• 回显应答报文：当收到一个回显请求报文时，ICMPv6 会用回显应答报文响应。回显应答报文的 Type 字段的值为 129,Code 字段的值为 0。

在 IPv4 中，报文如果过大，必须要分片进行发送，所以在每个节点发送报文之前，设备都会根据发送接口的 MTU 来对报文进行分片。但是在 IPv6 中，为了减少中间转发设备的处理压力，中间转发设备不对 IPv6 报文进行分片，报文将由发送者进行分片。当中间转发设备的接口收到一个报文后，如果发现报文长度比转发接口的 MTU 值大，则会将其丢弃；同时将转发接口的 MTU 值通过 ICMPv6 的报文过大错误报文发给源端主机，源端主机以该值重新发送 IPv6 报文，这样带来了额外流量开销。PMTU 发现协议可以动态地收集整条传输路径上各链路的 MTU 值，减少由重传带来的额外流量开销。

PMTU 协议是通过 ICMPv6 的报文过大错误报文来完成的。首先源节点假设 PMTU 就是其出接口的 MTU，发出一个试探性的报文，当转发路径上存在一个小于当前假设的 PMTU 时，转发设备就会向源节点发送报文过大错误报文，并且携带自己的 MTU 值，此后源节点将 PMTU 的假设值更改为新收到的 MTU 值，然后继续发送报文。如此反复，直到报文到达目的地之后，源节点就能获得到达目的地的 PMTU 了。

PMTU 的工作过程如图下图所示：

该示例中，整条传输路径包含了 4 条链路，每条链路的 MTU 分别是 1500 Byte、1400 Byte 和 1300 Byte，当源节点发送一个分片报文的时候，首先按照 PMTU 为 1500 Byte 进行分片并发送分片报文，当到达 MTU 为 1400 Byte 的出接口时，设备返回报文过大错误报文，同时携带 MTU 值为 1400 Byte 的信息。源节点接收到之后会将报文重新按照 PMTU 为 1400 Byte 进行分片，并再次发送一个分片报文，当分片报文到达 MTU 值为 1300 Byte 的出接口时，同样返回报文过大错误报文，携带 MTU 值为 1300 Byte 的信息。之后源节点重新按照 PMTU 为 1300 Byte 进行分片并发送分片报文，最终到达目的地，这样就找到了该路径的 PMTU。

由于 IPv6 要求链路层所支持的最小 MTU 为 1280 Byte，所以 PMTU 的值必须大于等于 1280 Byte。建议将 1500 Byte 作为链路的 PMTU 值。