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Anhang C. Zustandsautomat für den Erreichbarkeitszustand (State Machine for the Reachability State)

Dieser Anhang bietet ein Zustandsautomatendiagramm und eine detaillierte Erklärung der in dieser Spezifikation definierten Neighbor Cache-Erreichbarkeitszustände.

C.1. Übersicht (Overview)​

Der Neighbor Cache-Eintrag für einen Nachbarn durchläuft mehrere Zustände, während der Knoten die Erreichbarkeit des Nachbarn lernt und überprüft:

  • INCOMPLETE (unvollständig): Adressauflösung läuft
  • REACHABLE (erreichbar): Vorwärts- und Rückwärtspfade funktionieren
  • STALE (veraltet): Informationen sind veraltet, aber verwendbar
  • DELAY (Verzögerung): Warten auf Erreichbarkeitsüberprüfung
  • PROBE (Sonde): Aktives Testen der Erreichbarkeit

C.2. Zustandsübergangsdiagramm (State Transition Diagram)​

                    INCOMPLETE
                         |
                         | Adresse aufgelöst
                         v
                    REACHABLE
                         |
                         | Erreichbarkeits-Timeout
                         v
                      STALE
                         |
                         | Verkehr gesendet
                         v
                      DELAY
                         |
                         | Sonden-Timer abgelaufen
                         v
                      PROBE
                         |
            +------------+------------+
            |                         |
    Erreichbarkeit bestätigt   Max. Versuche erreicht
            |                         |
            v                         v
        REACHABLE                  (gelöscht)

C.3. Zustandsbeschreibungen (State Descriptions)​

C.3.1. INCOMPLETE-Zustand​

Eintrittsbedingungen:

  • Ein Neighbor Cache-Eintrag wird erstellt, wenn Adressauflösung erforderlich ist
  • Keine Link-Layer-Adresse ist noch bekannt

Aktionen:

  • Multicast-Neighbor-Solicitation senden
  • Übertragungstimer starten
  • Pakete in Warteschlange stellen, die auf Adressauflösung warten

Austrittsbedingungen:

  • Zu REACHABLE: Neighbor Advertisement mit Link-Layer-Adresse empfangen
  • Zu (gelöscht): Maximale Wiederholungen ohne Antwort erreicht

Timer:

  • Wiederholungstimer: RETRANS_TIMER (typischerweise 1000ms)
  • Maximale Versuche: MAX_MULTICAST_SOLICIT (typischerweise 3)

C.3.2. REACHABLE-Zustand​

Eintrittsbedingungen:

  • Adressauflösung erfolgreich abgeschlossen, ODER
  • Erreichbarkeitsbestätigung empfangen (angefordertes Neighbor Advertisement, Bestätigung höherer Schicht)

Aktionen:

  • Normale Paketweiterleitung
  • Kein Testen erforderlich
  • Verkehr fließt normal

Austrittsbedingungen:

  • Zu STALE: ReachableTime läuft ab ohne Erreichbarkeitsbestätigung

Timer:

  • ReachableTime: Zufälliger Wert basierend auf BaseReachableTime (typischerweise 15-45 Sekunden)

C.3.3. STALE-Zustand​

Eintrittsbedingungen:

  • ReachableTime im REACHABLE-Zustand abgelaufen, ODER
  • Unaufgefordertes Neighbor Advertisement empfangen, das Link-Layer-Adresse aktualisiert, ODER
  • Eintrag durch empfangene Neighbor Discovery-Nachricht erstellt (nicht angefordertes NA)

Aktionen:

  • Zwischengespeicherte Link-Layer-Adresse verwenden
  • Keine Sonden senden
  • Informationen als möglicherweise veraltet betrachten

Austrittsbedingungen:

  • Zu DELAY: Protokolle höherer Schicht senden Verkehr zu diesem Nachbarn
  • Zu REACHABLE: Angefordertes Neighbor Advertisement empfangen, das Erreichbarkeit bestätigt

Timer:

  • Keine (kann unbegrenzt in STALE bleiben)

C.3.4. DELAY-Zustand​

Eintrittsbedingungen:

  • Verkehr zu einem Nachbarn im STALE-Zustand gesendet

Aktionen:

  • Auf Erreichbarkeitsbestätigung höherer Schicht warten
  • Noch keine Sonden senden (höheren Schichten Zeit zur Bestätigung geben)
  • Weiterhin zwischengespeicherte Link-Layer-Adresse verwenden

Austrittsbedingungen:

  • Zu REACHABLE: Erreichbarkeit durch Protokoll höherer Schicht bestätigt
  • Zu PROBE: Verzögerungstimer läuft ab ohne Erreichbarkeitsbestätigung

Timer:

  • Verzögerungstimer: DELAY_FIRST_PROBE_TIME (typischerweise 5 Sekunden)

C.3.5. PROBE-Zustand​

Eintrittsbedingungen:

  • Verzögerungstimer im DELAY-Zustand ohne Erreichbarkeitsbestätigung abgelaufen

Aktionen:

  • Unicast-Neighbor-Solicitation-Sonden senden
  • Weiterhin zwischengespeicherte Link-Layer-Adresse verwenden
  • Sonden bei fehlender Antwort wiederholen

Austrittsbedingungen:

  • Zu REACHABLE: Angefordertes Neighbor Advertisement empfangen
  • Zu (gelöscht): Maximale Unicast-Solicitations ohne Antwort gesendet

Timer:

  • Wiederholungstimer: RETRANS_TIMER (typischerweise 1000ms)
  • Maximale Versuche: MAX_UNICAST_SOLICIT (typischerweise 3)

C.4. Ereignisse und Auslöser (Events and Triggers)​

C.4.1. Erreichbarkeitsbestätigungen​

Erreichbarkeit wird bestätigt durch:

  1. Empfang eines angeforderten Neighbor Advertisement
  2. Anzeige durch Protokoll höherer Schicht (z.B. TCP ACK)
  3. Empfang einer Neighbor Discovery-Nachricht mit gesetztem Solicited-Flag

Wenn ein Neighbor Advertisement die Link-Layer-Adresse aktualisiert:

  • Wenn Override-Flag gesetzt: Adresse aktualisieren, zu STALE wechseln
  • Wenn Override-Flag gelöscht und Adressen unterschiedlich: zu STALE wechseln, nicht aktualisieren
  • Wenn Override-Flag gelöscht und Adressen übereinstimmen: keine Zustandsänderung

C.4.3. Timeout-Ereignisse​

  • ReachableTime-Ablauf in REACHABLE: zu STALE wechseln
  • DELAY_FIRST_PROBE_TIME-Ablauf in DELAY: zu PROBE wechseln
  • Wiederholungstimer in INCOMPLETE/PROBE: wiederholen oder löschen

C.5. Implementierungsüberlegungen (Implementation Considerations)​

C.5.1. Zustandsverfolgung​

Implementierungen SOLLTEN (SHOULD) verfolgen:

  • Aktueller Zustand
  • Link-Layer-Adresse (falls bekannt)
  • IsRouter-Flag
  • Warteschlange ausstehender Pakete (für INCOMPLETE)
  • Wiederholungszähler
  • Anwendbare Timer

C.5.2. Hinweise höherer Schicht​

Protokolle höherer Schicht können Hinweise zur Erreichbarkeit liefern:

  • Positive Hinweise: Verbindungsaufbau, Datenbestätigung
  • Negative Hinweise: Verbindungsfehler, Timeouts

Diese Hinweise können Zustandsübergänge auslösen oder Tests beschleunigen.

C.5.3. Leistungsoptimierungen​

Optimistisches DAD (RFC 4429):

  • Adressverwendung vor DAD-Abschluss erlauben
  • Schnellerer Übergang zu REACHABLE in einigen Szenarien

Schnelle Wiederherstellung:

  • Erreichbarkeitsprüfungen für aktiv genutzte Nachbarn priorisieren
  • Paralleles Testen für kritische Nachbarn verwenden

C.5.4. Sicherheitsüberlegungen​

Zustandsübergänge sollten geschützt werden:

  • Quelladressen von Neighbor Discovery-Nachrichten validieren
  • SEND (RFC 3971) für kryptografischen Schutz verwenden
  • Zustandsübergänge zur Verhinderung von DoS-Angriffen ratenbegrenzen

C.6. Beispielszenarien (Example Scenarios)​

C.6.1. Erfolgreiche Adressauflösung​

  1. Eintrag im INCOMPLETE-Zustand erstellen
  2. Neighbor Solicitation senden
  3. Neighbor Advertisement empfangen → REACHABLE
  4. Nach ReachableTime → STALE
  5. Verkehr senden → DELAY
  6. Höhere Schicht bestätigt Erreichbarkeit → REACHABLE

C.6.2. Nachbar wird unerreichbar​

  1. Eintrag im REACHABLE-Zustand
  2. ReachableTime läuft ab → STALE
  3. Verkehr senden → DELAY
  4. Keine Erreichbarkeitsbestätigung → PROBE
  5. Unicast-Sonden senden (×3)
  6. Keine Antwort → Eintrag löschen
  1. Eintrag im REACHABLE/STALE-Zustand
  2. Unaufgefordertes NA mit neuer Adresse empfangen, Override=1
  3. Adresse aktualisieren → STALE
  4. Zukünftiger Verkehr löst Überprüfung aus

Hinweis: Dieser Zustandsautomat ist darauf ausgelegt, schnelle Erkennung unerreichbarer Nachbarn mit minimalem Overhead für stabile, erreichbare Nachbarn auszubalancieren.

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