ANNEXE 1 Activité 31 : Contrôler le fonctionnement du réseau par ICMPv6

Introduction

Le contenu de cette annexe complète l'activité 31 en :

• donnant un descriptif des messages courants d'erreur signalées par ICMPv6 ;
• introduisant MLD, le protocole de gestion des inscriptions aux groupes de multicast et les messages ICMPv6 associés ;
• introduisant des fonctions expérimentales ;
• décrivant les informations véhiculées par les messages ICMPv6 sous forme d'options.

Messages ICMPv6 de rapport d'erreur

Chaque cas d'erreur est défini par un message ICMP. Nous allons voir les cas d'erreurs rapportées par ICMPv6.

Destination inaccessible

Un message ICMP Destination Unreachable est généré dès qu'un datagramme ne peut être traité. Le format de ce message est présenté par la figure 3.

Figure 3 : Format du message de Destination inaccessible.

Ce message est émis par un routeur quand le paquet ne peut pas être transmis pour l'une des raisons suivantes :

• le routeur ne trouve pas dans ses tables la route vers la destination (code = 0) ;
• le franchissement d'un pare-feu (Firewall) est interdit ("raison administrative", code = 1) ;
• l'adresse destination ne peut être atteinte avec l'adresse source fournie. Par exemple, si le message est adressé à un destinataire hors du lien, l'adresse source ne doit pas être une adresse "lien-local" (code = 2) ;
• toute autre raison comme, par exemple, la tentative de routage d'une adresse locale au lien (code = 3) ;
• le destinataire peut aussi émettre un message ICMPv6 de ce type quand le port destination contenu dans le paquet n'est pas affecté à une application (code = 4) ;
• le paquet a été rejeté à cause de son adresse source (code = 5) ;
• la route vers la destination conduit à un rejet du paquet (code = 6).

Le champ de données contient tout ou partie du datagramme IP qui a occasionné ce message d'erreur.

Paquet trop grand

Si un routeur ne peut pas relayer le datagramme IP parce que celui-ci a une taille supérieure à la MTU (Maximum Transmission Unit) du lien de sortie, il émet le message d'erreur Packet Too Big. Les routeurs en IPv6 ne sont plus habilités à effectuer la fragmentation. Le format du message est représenté par la figure 4.

Figure 4 : Format du message ICMPv6 Paquet trop grand.

Ce message ICMPv6 est utilisé par le protocole de découverte de la MTU pour trouver la taille optimale des paquets IPv6 afin qu'ils puissent traverser les routeurs. Ce mécanisme, spécifié par le RFC 8201, est décrit dans la séquence 2. Ce message contient la taille du MTU acceptée par le routeur pour que la source puisse efficacement adapter la taille des données. Ce champ manquait cruellement dans les spécifications initiales de IPv4, ce qui compliquait la découverte de la taille maximale des paquets utilisables sur l'ensemble du chemin. Pour IPv4, le RFC 1191 proposait déjà une modification du comportement des routeurs pour y inclure cette information. À noter que le RFC 4443 indique que ce message n'est pas produit dans le cas d'une communication multicast.

Délai expiré

Quand un routeur relaie un datagramme, il décrémente la valeur du nombre de sauts(Hop Limit) de 1. Ce champ, dans l'en-tête IPv6, limite la durée de vie d'un paquet dans le réseau. La durée de vie est exprimée en nombre de routeurs traversés (ou sauts). Si un routeur reçoit un datagramme avec un nombre de sauts de 1, la décrémentation amène la valeur de ce champ à zéro. Le routeur supprime le datagramme et en avertit la source à l'aide du message Délai expiré (Time Exceeded) (voir la figure 5). Le signalement de cette erreur peut indiquer une boucle dans le réseau au niveau du routage ou que l'émetteur a positionné une valeur de nombre de sauts trop faible. Le dernier cas peut provenir d'un paquet émis par la commande traceroute. Cette commande vise à déterminer le chemin pris par les datagrammes ^[1].

Figure 5 : Format du message de délai expiré.

Le message ICMPv6 Délai expiré indique que le paquet a été rejeté :

• soit par un routeur intermédiaire parce que le champ nombre de sauts a atteint 0 (code = 0) ;
• soit par la destination parce qu'un fragment s'est perdu et le temps alloué au réassemblage a été dépassé (code = 1).

Erreur de paramètre

Le message Parameter problem est émis quand un paquet IPv6 ne peut être traité par un nœud du fait d'un problème dans l'en-tête du paquet ou dans ses extensions d'en-tête. Le paquet IPv6 est supprimé mais le nœud envoie à la source le message ICMPv6 dont le format est présenté par la figure 6.

Figure 6 : Format du message Erreur de paramètre.

Le champ type prend la valeur 4. Le champ code révèle la cause de l'erreur :

• la syntaxe de l'en-tête n'est pas correcte (code = 0) ;
• le numéro en-tête suivant n'est pas reconnu (code = 1) ;
• une option de l'extension (par exemple "proche en proche" ou "destination") n'est pas reconnue et le codage des deux bits de poids fort oblige à rejeter le paquet (code = 2).

Le champ pointeur indique l'octet où l'erreur est survenue dans le paquet retourné. Le message contient tout ou partie du paquet IPv6 qui a occasionné le message lui-même.

Attention au filtrage d'ICMPv6

Contrairement à une pratique couramment répandue en IPv4, il ne faut jamais filtrer l'ensemble des messages ICMPv6 en entrée d'un réseau (en particulier le message "Paquet trop grand"). Le filtrage peut introduire des effets néfastes sur le fonctionnement du réseau^[2]. Supposons que la MTU entre un client et un serveur soit limitée à 1480 octets à cause d'un tunnel IPv6 dans IPv4 et qu'un serveur filtre les messages ICMPv6 (en particulier "Paquet trop grand"). Le client et le serveur vont échanger des petits paquets pour ouvrir la connexion TCP (SYN, SYN ACK, ACK), puis le client va envoyer une requête HTTP qui est elle-même de petite taille. Le serveur va répondre en envoyant une page complète. Si le paquet a une longueur de 1500 octets, il va être détecté trop grand par le routeur à l'entrée du tunnel. Ce dernier va rejeter le paquet et envoyer au serveur un message ICMPv6 indiquant que le paquet est trop grand. Si le pare-feu du serveur le filtre, le serveur ne connaitra jamais la taille de la MTU adaptée au chemin qui mène à ce client. Il ne pourra pas adapter la taille de ses paquets. Tous les paquets de 1500 octets seront inexorablement supprimés. Le client devient alors quasiment injoignable et c'est le service de connectivité de la couche "réseau" qui est cassé. Dans cette situation, on se trouve dans une situation où certains paquets passent (ouvertures de connexion, ping, sessions SSH...) et d'autres sont bloqués. Diagnostiquer ce type d'erreur est particulièrement délicat.

Comme ICMPv6 est essentiel au fonctionnement d'IPv6, le RFC 4890 donne les bonnes pratiques pour filtrer correctement les messages ICMPv6. L'idée est de laisser passer les messages ICMPv6 qui sont indispensables au fonctionnement du réseau et de jeter ceux qui introduisent un risque d'insécurité.

Gestion de groupes multicast sur le lien local

Pour offrir un service de distribution multicast, deux composants sont nécessaires : un protocole de gestion de groupes multicast et un protocole de routage multicast^[3]. Le protocole de gestion de groupes multicast réalise la signalisation entre l'hôte et son routeur local. Le protocole de routage multicast vise à échanger les informations entre les routeurs afin qu'un arbre de distribution multicast soit construit.

En IPv6, MLD (Multicast Listener Discovery) sert, pour un hôte, à indiquer les groupes auxquels il souhaite souscrire. MLD est donc un protocole de gestion de groupes. Ainsi, un routeur de bordure IPv6 va pouvoir découvrir la présence de récepteurs multicast (qualifiés de listeners) sur ses liens directement attachés, ainsi que les adresses multicast concernées. MLD est un protocole asymétrique qui spécifie un comportement différent pour les hôtes (les listeners) et les routeurs. Toutefois, pour les adresses multicast sur lesquelles un routeur lui-même est récepteur, il doit exécuter les deux parties du protocole. Ceci implique notamment de répondre à ses propres messages de demande. En effet, les routeurs doivent constituer une liste des adresses multicast pour lesquelles il a un ou plusieurs récepteurs sur leur lien local. Aussi, un des récepteurs sur un lien envoie un message de rapport d'abonnement aux groupes auxquels il souhaite recevoir les messages. L'objectif est, par des communications multicast sur le lien, que le routeur local arrive à faire la liste complète des groupes multicast pour lesquels il doit relayer le trafic localement.

MLD est une fonction d'ICMPv6 ; aussi, les messages MLD sont des messages ICMPv6. Les messages pour MLD sont envoyés avec :

• une adresse source IPv6 lien-local ;
• le champ nombre de sauts fixé à 1 ;
• l'option IPv6 Router Alert activée en ajoutant l'extension d'en-tête Hop-by-Hop correspondante.

Cette dernière option est nécessaire afin de contraindre les routeurs à examiner les messages MLD envoyés à des adresses multicast par lesquelles les routeurs ne sont pas intéressés. La version d'origine du protocole MLD [RFC 2710] (que nous appellerons également MLDv1) présente les mêmes fonctionnalités que le protocole IGMPv2 en IPv4. MLDv2 a été proposé par le RFC 3810 dans lequel, en plus du groupe, le récepteur peut indiquer la source. MLDV2 est une adaptation de IGMPv3 d'IPv4 à IPv6.

Format des messages pour MLD

Le format générique d'un message MLD est donné par la figure 7. Les différents types de messages ICMPv6 pour MLD sont indiqués par le tableau 2. On distingue trois types de messages pour MLD.

1. Le premier type (type = 130) concerne le recensement des récepteurs multicast selon plusieurs méthodes : (i) recensement général émis à l'adresse de diffusion générale sur le lien (FF02::1), (ii) recensement spécifique pour une adresse multicast ; l'adresse de destination est l'adresse multicast du groupe en question. Le message de requête d'abonnement (Multicast Listener Query) est émis par le routeur.
2. Le second type de message (type = 131) vise à obtenir un rapport d'abonnement multicast (Multicast Listener Report). Ce message est émis par le récepteur multicast. L'adresse de destination est l'adresse multicast du groupe en question. Avec MLDv2, le rapport d'abonnement à un groupe multicast a été complété par la possibilité de limiter la réception au trafic émis par certaines sources. Le trafic des sources non indiquées est alors non reçu. Cette restriction sur la source s'effectue par un message spécifique (type = 143).
3. Enfin, le troisième type de message (type = 132) va servir à un récepteur pour annoncer une résiliation d'abonnement (Multicast Listener Done) à un groupe. Ce message est émis à l'adresse du groupe multicast "tous les routeurs du lien local" (FF02::2).

Les champs des messages pour MLD ont la signification suivante :

• Type : prend la valeur 130, 131 ou 132 ;
• Code : mis à zéro par l'émetteur et ignoré par les récepteurs ;
• Checksum : celui du protocole ICMPv6 standard, couvrant tout le message MLD auquel s'ajoutent les champs du pseudo-en-tête IPv6 ;
• Délai maximal de réponse :
  • utilisé seulement dans les messages de recensement, il exprime le retard maximal autorisé (en millisecondes) pour l'arrivée des rapports d'abonnement,
  • dans les messages de rapport ou de résiliation d'abonnement, ce champ est mis à zéro par l'émetteur et ignoré par les récepteurs ;
• réservé : champ non utilisé et mis à zéro par l'émetteur et ignoré par les récepteurs ;
• Adresse multicast :
  • pour un message de recensement général, ce champ est mis à zéro,
  • pour un message de recensement spécifique, il contient l'adresse multicast en question,
  • pour les messages de rapport et de résiliation d'abonnement, le champ contient l'adresse multicast sur laquelle l'hôte souhaite écouter ou cesser d'écouter.

Figure 7 : Format générique d'un message ICMPv6 pour MLD.

Type	Code	Signification
Gestion des groupes multicast
130		Requête d'abonnement
131		Rapport d'abonnement
132		Fin d'abonnement
143		Rapport d'abonnement MLDv2

Tableau 2 : Messages ICMPv6 pour MLD

Principe de MLD

Le routeur envoie régulièrement des messages de recensement général à l'adresse de multicast FF02::1. Cette adresse équivaut à l'adresse de diffusion sur un lien. Pour éviter que le routeur reçoive plusieurs réponses pour un même groupe, les récepteurs ne répondent pas immédiatement. Pour cela, les récepteurs arment un temporisateur pour chaque adresse multicast qui les concerne. Si le récepteur entend une réponse équivalente à la sienne, Il désarme le temporisateur. Sinon, à l'expiration du temporisateur, le récepteur envoie un rapport d'abonnement à l'adresse multicast du groupe. Avec ce système de temporisateurs, les récepteurs peuvent surveiller les rapports des autres récepteurs sur le lien et ainsi minimiser le trafic MLD.

Les changements d'état des récepteurs sont notifiés par des messages non sollicités. Un message non sollicité est un message émis à l'initiative d'un récepteur d'un groupe multicast ; contrairement au recensement, où c'est le routeur local qui prend l'initiative de l'échange. Les récepteurs peuvent envoyer des messages non sollicités pour les cas suivants :

• pour souscrire à une adresse multicast spécifique ;
• pour une résiliation rapide : le récepteur envoie un message de résiliation d'abonnement à l'adresse multicast de "tous les routeurs du lien local" (FF02::2). Le routeur répond avec un message de recensement spécifique à l'adresse en question. S'il n'y a plus de récepteur pour répondre à ce recensement, le routeur efface l'adresse multicast de sa table de routage.

Pour cesser d'écouter sur une adresse multicast, le récepteur peut simplement ne plus répondre aux messages de recensement du routeur. S'il est le seul récepteur de cette adresse multicast sur le lien, après un certain temps, l'état du routeur concernant cette adresse expire. Le routeur arrêtera de faire suivre les paquets multicast envoyés à l'adresse en question, s'il s'avère que le récepteur était le dernier concerné par l'adresse multicast sur le lien.

À noter qu'il est possible d'avoir plusieurs routeurs multicast sur le même lien local. Dans ce cas, un mécanisme d'élection est utilisé pour choisir le routeur recenseur. Celui-ci sera le seul responsable pour l'envoi des messages de recensement.

Fonctions autres et expérimentales

Pour être complet, nous pouvons signaler que les messages ICMPv6 servent aussi pour des fonctions expérimentales. Le tableau 4 indique les types de messages associés à ces fonctions. Nous ne détaillerons pas ici ces fonctions, limitées à des usages très spécifiques. Le lecteur curieux est invité à consulter les RFC associés.

Type	Code	Signification
Renumérotation des routeurs (expérimental, RFC 2894)
138		Renumérotation des routeurs :
	0	Commande
	1	Résultat
	255	Remise à zéro du numéro de séquence
Recherche d'information sur un nœud (expérimental, RFC 4620)
139		Demande d'information
140		Réponse
Mobilité (RFC 6275)
144		Découverte d'agent mère (requête)
145		Découverte d'agent mère (réponse)
146		Sollicitation de préfixe mobile
147		Annonce de préfixe mobile
Mobilité (expérimental, RFC 4065)
150		Protocoles de mobilité expérimentaux, tels que Seamoby

Tableau 4 : Fonctions expérimentales s'appuyant sur ICMPv6

Options véhiculées par les messages ICMPv6

L'intérêt du protocole de découverte des voisins est d'unifier différents protocoles qui existent dans IPv4. En particulier, la plupart des informations à transporter utilise un format commun sous la forme d'options. Le format commun des options simplifie la mise en œuvre du protocole. Une option se décrit en mot de 64 bits et comporte les champs type, longueur, données.
Les différentes fonctionnalités de découverte des voisins utilisent 5 messages : 2 pour le dialogue entre un équipement et un routeur, 2 pour le dialogue entre voisins et 1 dernier pour la redirection. Chacun de ces messages peut contenir des options. Le tableau 1 présente l'utilisation des options définies dans le RFC 4861 dans les messages de découverte de voisin.

	Sollicitation du	Annonce du	Sollicitation	Annonce	Indication de
	routeur	routeur	d'un voisin	d'un voisin	redirection
Adresse physique de la source	présent	présent	présent
Adresse physique de la cible				présent	présent
Information sur le préfixe		≥ 1
En-tête redirigée					présent
MTU		possible

Tableau 1: Utilisation des options dans les messages de découverte de voisin.

En plus des cinq options générales décrites dans le tableau 1, il existe d'autres options spécifiques pour la mobilité et les réseaux NBMA (Non Broadcast Multiple Access) comme le montre le tableau 2. La liste complète des options pour NDP est gérée par l'IANA et se retrouve sur une page web^[4].

type	description	Message
Basic Neighbor Discovery options [RFC 4861]
1	Source Link-layer Address (SLLAO)	RS/RA/NS
2	Target Link-layer Address	NA/Redirect
3	Prefix Information (PIO)	RA
4	Redirected Header	Redirect
5	MTU	RA
NBMA (unused) [RFC 2491]
6	NBMA Shortcut Limit Option	NS
Mobile IP [RFC 6275]
7	Advertisement Interval Option	RA
8	Home Agent Information Option	RA
9	Source Address List
10	Target Address List
SEND [RFC 3971]
11	CGA option
12	RSA Signature option
13	Timestamp option
14	Nonce option
15	Trust Anchor option
16	Certificate option
Mobility options
17	IP Address/Prefix Option [RFC 5568]
18	New Router Prefix Information Option [RFC 5568]
19	Link-layer Address Option [RFC 5568]
20	Neighbor Advertisement Acknowledgment Option [RFC 5568]
23	MAP Option [RFC 5380]
SLAAC optimization
24	Route Information Option [RFC 4191]
25	Recursive DNS Server Option [RFC 8106]	RA
26	RA Flags Extension Option [RFC 5175]
Fast Mobility options
27	Handover Key Request Option	[RFC 5269]
28	Handover Key Reply Option	[RFC 5269]
29	Handover Assist Information Option	[RFC 5271]
30	Mobile Node Identifier Option	[RFC 5271]
6LoWPAN [RFC 6775]
33	Address Registration (ARO)
34	6LoWPAN Context (6CO)
35	Authoritative Border Router (ABRO)
38	PREF64 [RFC 8781]	RA
157	Duplicate Address Request (DAR)
158	Duplicate Address Confirmation (DAC)
Inverse Neighbor Discovery [RFC 3122]
138	CARD Request option	[RFC 4065]
139	CARD Reply option	[RFC 4065]

Tableau 2: Identification des options de Neighbor Discovery.

Adresse physique de la source/cible

La figure "Format de l'option adresse physique source/cible" donne le format de ces options. Le type 1 est réservé à l'adresse physique de la source et le type 2 à l'adresse de la cible.

Le champ «longueur» est la taille en mots de 64 bits de l'option. Dans le cas d'une adresse MAC, d'une longueur de 6 octets, il contient donc la valeur 1.

Le RFC 2464 définit le format pour les adresses MAC-48 utilisés dans les réseaux Ethernet et Wi-Fi. Le RFC 4944 définit le format pour les MAC-16 et MAC-64 utilisés dans les réseaux de capteurs reposant sur la norme IEEE 802.15.4.

Information sur le préfixe

Cette option contient les informations sur le préfixe pour permettre une configuration automatique des équipements. Cette option sera présentée en détail dans l'activité d'autoconfiguration.

En-tête redirigée

Cette option est utilisée par le message d'indication de redirection. Elle permet d'encapsuler les premiers octets du paquet IPv6 qui a provoqué l'émission de ce message comme dans le cas des messages ICMPv6 d'erreur.

Le type vaut 4 et la taille de cette option ne doit pas conduire à un paquet IPv6 dépassant 1280 octets (cf. figure Format de l'option en-tête redirigée). Par contre le paquet doit contenir le maximum d'information possible.

MTU

Cette option permet d'informer les équipements sur la taille maximale des données pouvant être émises sur le lien. La figure "Format de l'option MTU" donne le format de cette option. Il n'est pas nécessaire de diffuser cette information si l'équipement utilise toujours la taille maximale permise. Par exemple, sur les réseaux Ethernet, les équipements utiliseront la valeur 1 500. Par contre pour les réseaux anneau à jeton ou FDDI, il est souvent nécessaire de préciser si les équipements doivent utiliser la valeur maximale permise ou une valeur inférieure pour autoriser l'utilisation de ponts.

Le champ type vaut 5 et le champ longueur 1.

Référence bibliographique

1. ↑ Wikipédia Principe de l'utilitaire traceroute
2. ↑ Kline, E. and Townsley, M.; Google IPv6 Center. ICMPv6 is Non-Optional
3. ↑ Sébastien LOYE. (2005). Techniques de l'ingénieur. ref TE7527. Le multicast IP : principes et protocoles
4. ↑ IANA. IPv6 Neighbor Discovery Option Formats