ICMPv6报文解析及NAT处理

ICMPv6报文概述

参考RFC4443和RFC2460
ICMPv6报文是IPv6在internal control management protocol（ICMP）的基础之上做了一些改动，得到了ICMPv6协议，IPv6的next_header为58。

Message general format

每条ICMPv6消息之前都有一个IPv6报头和零个或多个IPv6扩展报头。ICMPv6报头由前一报头的下一报头值58来标识。(这与IPv4中用来标识ICMP的值不同。)
ICMPv6的一般格式如下：
ICMP报头一般格式
type ：表示消息的类型，type的值决定剩余数据的格式。
code ： code的值取决于type的值，用于更细的划分ICMPv6的消息类型。
Checksum ： 校验和用于检测ICMPv6消息和部分IPv6报头中的数据损坏。
Message body ：分为两类，一类是错误消息，类型是0~128；一类是信息消息，类型范围是129-255。

几种常见的ICMPv6消息格式

错误消息格式：

typemean
1Destination Unreachable
2Packet too big
3Time Exceeded
4Parameter Problem
100Private experimentation
101Private experimentation
127Reserved for expansion of ICMPv6 error messages

信息消息:

typemean
128Echo Request
129Echo Reply
200Private experimentation
201Private experimentation
255Reserved for expansion of ICMPv6 informational messages

ICMPv6报文解析流程

确认消息的源地址

发送ICMPv6消息的节点必须在计算校验和之前确定IPv6报头中的源IPv6地址和目的IPv6地址。如果节点有多个单播地址，则MUST按照如下方式选择消息的源地址:

  • 如果消息是对发送到节点的单播地址之一的消息的响应，则应答的源地址MUST与该地址相同。
  • 如果该消息是对发送到任何其他地址的消息的响应，
    • 一个多播组地址，
    • 一个不属于节点的单播地址由节点实现的任意播地址，
    • 或者ICMPv6报文的源地址MUST为本节点的单播地址。

该地址的选择应根据该规则，该规则将用于为该节点发起的任何其他数据包选择源地址，并给定数据包的目的地址。但是，如果这将导致从ICMPv6数据包的目的地可到达的地址的更有信息的选择，则可以以另一种方式选择它。

校验和的计算

校验和是个位补码的16位补码从ICMPv6消息开始的整个ICMPv6消息的总和类型字段，并加上IPv6报头的“伪头”字段，如[IPv6，章节8.1]中指定的。下一个报头值伪头中使用的是58。
在校验和计算中包含IP报头地址的任何传输或其他上层协议必须修改以用于IPv6，包括128位IPv6地址而不是32位IPv4地址。特别是，下面的插图显示了IPv6的TCP和UDP“伪头”:
在这里插入图片描述

  • 如果IPv6报文中包含路由头，则表示目的地址伪头中使用的地址是final目的地。在起始节点，该地址将在路由头的最后一个元素;在接收人处，的目的地址字段中IPv6报头。
  • 伪报头中的下一个报头值标识上层协议(例如，TCP为6,UDP为17)。如果在IPv6报头和上层报头之间有扩展报头，它将不同于IPv6报头中的下一个报头值。
  • 伪报头中的上层数据包长度是上层报头和数据的长度(例如，TCP报头加上TCP数据)。有些上层协议携带自己的协议长度信息(例如，UDP报头中的长度字段);对于这样的协议，这就是伪报头中使用的长度。其他协议(如TCP)不携带自己的长度信息，在这种情况下，伪报头中使用的长度是来自IPv6报头的有效载荷长度，减去IPv6报头和上层报头之间存在的任何扩展报头的长度。
  • 与IPv4不同，当UDP数据包由IPv6节点发起时，UDP校验和不可选。也就是说，无论何时发起UDP数据包，IPv6节点必须计算数据包和伪报头的UDP校验和，如果计算结果为零，则必须将其更改为十六进制FFFF以放置在UDP报头中。IPv6接收者必须丢弃包含零校验和的UDP数据包，并记录错误。

IPv6版本的ICMP [ICMPv6]包含了上述伪头它的校验和计算;这与IPv4版本的ICMP不同，后者在校验和中不包含伪报头。改变的原因是为了保护ICMP免受误传或损坏它所依赖的IPv6报头字段，与IPv4不同，这些字段不受互联网层校验和的保护。ICMP伪报头中的下一报头字段包含值58，用于标识ICMP协议的IPv6版本。

一段处理ICMPv6目的不可达报文的代码示例

static int
handle_icmp6_err(struct mbuf *m, struct icmp6_hdr *ih6, struct ip6_hdr *ic_ip6)
{
	struct udphdr *ic_udp = NULL; /* initialize to make compiler happy */
	struct icmp6_hdr *ic_icmp6;
	clickpcb_t *pcb;
	clickpcb_udp_t *udp_pcb;
	clickpcb_udp_t *udp_opcb;
	clickpcb_icmp_t *icmp_pcb;
	clickpcb_icmp_t *icmp_opcb;

	clicktcp_enter_func(m, ih6);

	if (ic_ip6->ip6_nxt == IPPROTO_ICMPV6) {
		ic_icmp6 = (struct icmp6_hdr *)(ic_ip6 + 1);

		pcb = clickpcb6_lookup(&ic_ip6->ip6_dst,
		                       &ic_ip6->ip6_src,
		                       0,
		                       ic_icmp6->icmp6_id,
		                       ic_ip6->ip6_nxt);

	} else {
		ic_udp = (struct udphdr*)(ic_ip6 + 1);

		if (ATCP_IS_IP()) {
			IP2L4_dispatcher(m, ntohs(ic_udp->uh_dport), ntohs(ic_udp->uh_sport));
			return MBUFINUSE;
		}
		pcb = clickpcb6_lookup(&ic_ip6->ip6_dst,
		                       &ic_ip6->ip6_src,
		                       ntohs(ic_udp->uh_dport),
		                       ntohs(ic_udp->uh_sport),
		                       ic_ip6->ip6_nxt);
	}

	if (pcb == NULL)
		return QUEUEBSD;

	if (pcb->cp_type == PCB_UDP) {
		if ((pcb->cp_flags & CLICKPCB_UDP_SERVER) == 0)
			return FREEMBUF;
	
		udp_pcb = (clickpcb_udp_t *)pcb;
		if (udp_pcb->reverse == NULL)
			return FREEMBUF; /* bug 64435 */

		CHECK_PCB_EROUTE((clickpcb_t *)udp_pcb->reverse, udp_pcb->reverse->cp_eroute, EROUTE_LOOKUP_ONLY);

		if (udp_pcb->reverse->cp_eroute.rule == NULL)
			return FREEMBUF;

		/* Reset connection client timeout timer */
		udp_opcb = udp_pcb->reverse;

		click_callout_reset(&udp_opcb->timeout_callout,
		                    udp_opcb->timeout, clickudp_timeout, udp_opcb);

		udp_opcb = udp_pcb->reverse;

		clickicmp6_error_nat_patch(m, pcb, ih6, ic_ip6);
		clicktcp6_output(m, ERT_RTENTRY(udp_opcb->cp_eroute.rule), ERT_NUMA_IFP(udp_opcb->cp_eroute.rule), udp_opcb->cp_eroute.rule);
		return MBUFINUSE;

	} else if (pcb->cp_type == IPPROTO_ICMPV6) {
		if ((pcb->cp_flags & CLICKPCB_ICMP_SERVER) == 0)
			return FREEMBUF;

		icmp_pcb = (clickpcb_icmp_t *)pcb;
		if (icmp_pcb->reverse == NULL)
			return MBUFINUSE;

		CHECK_PCB_EROUTE((clickpcb_t *)icmp_pcb->reverse, icmp_pcb->reverse->cp_eroute, EROUTE_LOOKUP_ONLY);

		if (icmp_pcb->reverse->cp_eroute.rule == NULL)
			return FREEMBUF;

		/* Reset connection client timeout timer */
		icmp_opcb = icmp_pcb->reverse;

		click_callout_reset(&icmp_opcb->timeout_callout,
		                    icmp_opcb->timeout, clickicmp_timeout, icmp_opcb);

		icmp_opcb = icmp_pcb->reverse;
		clickicmp6_error_nat_patch(m, pcb, ih6, ic_ip6);    
		clicktcp6_output(m, ERT_RTENTRY(icmp_opcb->cp_eroute.rule), ERT_NUMA_IFP(icmp_opcb->cp_eroute.rule), icmp_opcb->cp_eroute.rule);
		return MBUFINUSE;

	} else {
		return FREEMBUF;
	}
}

static void
clickicmp6_error_nat_patch(struct mbuf *m, clickpcb_t *pcb, struct icmp6_hdr *ih6, struct ip6_hdr *ic_ip6)
{
	struct udphdr *ic_udp;
	struct icmp6_hdr  *ic_icmp6;
	struct ip6_hdr *ip6;
	clickpcb_udp_t *udp_pcb;
	clickpcb_udp_t *udp_opcb;
	clickpcb_icmp_t *icmp_pcb;
	clickpcb_icmp_t *icmp_opcb;
	uint16_t oldcksum;
	uint32_t ph_sum = 0;

	clicktcp_enter_func(m, pcb);

	/*Calculates the pseudo-header checksum*/
	struct in6_addr *src_ip6 = &(ic_ip6->ip6_src);
	struct in6_addr *dst_ip6 = &(ic_ip6->ip6_dst);

	for (int i = 0; i < 8; i++) {
	    ph_sum += htons(src_ip6->s6_addr16[i]);
	    ph_sum += htons(dst_ip6->s6_addr16[i]);
	}
	ph_sum += htons(ic_ip6->ip6_plen);
	ph_sum += htons(ic_ip6->ip6_nxt);

	if (pcb->cp_type == PCB_UDP) {
		udp_pcb = (clickpcb_udp_t *)pcb;

		ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);

		ic_udp = (struct udphdr *)(ic_ip6 + 1);

		udp_opcb = udp_pcb->reverse;
		if (ih6->icmp6_type == ICMP6_DST_UNREACH && ih6->icmp6_code == ICMP6_DST_UNREACH_NOPORT) {
			ip6->ip6_src = udp_opcb->cp_localip6;
		}
		ip6->ip6_dst = udp_opcb->cp_remoteip6;
		ic_ip6->ip6_src = udp_opcb->cp_remoteip6;
		ic_ip6->ip6_dst = udp_opcb->cp_localip6;

		/*Accumulates 16 bits of UDP*/
		ph_sum += htons(udp_opcb->cp_localport);
	    ph_sum += htons(udp_opcb->cp_remoteport);
	    ph_sum += htons(ic_udp->uh_ulen);
	    ph_sum += *(uint16_t *)(ic_udp);
		/*Processing overflow*/
		while (ph_sum >> 16) {
		    ph_sum = (ph_sum & 0xFFFF) + (ph_sum >> 16);
		}

		/*Calculated checksum*/
        uint16_t old_cksum = ic_udp->uh_sum;
        uint32_t sum = ph_sum + ~(old_cksum & 0xFFFF);
        while (sum >> 16) {
            sum = (sum & 0xFFFF) + (sum >> 16);
        }
        uint16_t new_cksum = ~sum;

        /*Assign the checksum to the packet header*/
        ic_udp->uh_sum = new_cksum;
	} else if (pcb->cp_type == IPPROTO_ICMPV6) {
		icmp_pcb = (clickpcb_icmp_t *)pcb;

		ip6 = mtod(m, struct ip6_hdr *);

		ic_icmp6 = (struct icmp6_hdr*)(ic_ip6 + 1);

		icmp_opcb = icmp_pcb->reverse;

		ip6->ip6_dst = icmp_opcb->cp_remoteip6;
		ic_ip6->ip6_src = icmp_opcb->cp_remoteip6;
		ic_ip6->ip6_dst = icmp_opcb->cp_localip6;
		ic_icmp6->icmp6_id = icmp_opcb->cp_id;

		/*Accumulates 16 bits of ICMPV6*/
		ph_sum += htons(ic_icmp6->icmp6_id);
	    ph_sum += htons(ic_icmp6->icmp6_seq);
	    ph_sum += *(uint16_t *)(ic_icmp6);

		/*Processing overflow*/
		while (ph_sum >> 16) {
		    ph_sum = (ph_sum & 0xFFFF) + (ph_sum >> 16);
		}
		/*Calculated checksum*/
        uint16_t old_cksum = ic_icmp6->icmp6_cksum;
        uint32_t sum = ph_sum + ~(old_cksum & 0xFFFF);
        while (sum >> 16) {
            sum = (sum & 0xFFFF) + (sum >> 16);
        }
        uint16_t new_cksum = ~sum;

        /*Assign the checksum to the packet header*/
        ic_icmp6->icmp6_cksum = new_cksum;
	} else {
		return;
	}
}

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