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《TCP/IP详解》学习笔记(四):ICMP 协议、ping 和 Traceroute

IMCP 协议介绍


前面讲到了,IP 协议并不是一个可靠的协议,它不保证数据被送达,那么,自然的,保证数据送达的工作应该由其他的模块来完 成。其中一个重要的模块就是 ICMP(网络控制报文)协议。

当传送 IP 数据包发生错误--比如主机不可达,路由不可达等等,ICMP 协议将会把错误信息封包,然后传送回给主机。给主机 一个处理错误的机会,这 也就是为什么说建立在 IP 层以上的协议是可能做到安全的原因。ICMP 数据包由8bit 的错误类型和8bit 的代 码和16bit 的校验和组成。而前 16bit 就组成了 ICMP 所要传递的信息。书上的图6-3清楚的给出了错误类型和代码的组合代表的意思。

尽管在大多数情况下,错误的包传送应该给出 ICMP 报文,但是在特殊情况下,是不产生 ICMP 错误报文的。如下:

  •  ICMP 差错报文不会产生 ICMP 差错报文(出 IMCP 查询报文)(防止 IMCP 的无限产生和传送)
  •  目的地址是广播地址或多播地址的IP数据报。
  •  作为链路层广播的数据报。
  •  不是IP分片的第一片。
  •  源地址不是单个主机的数据报。这就是说,源地址不能为零地址、环回地址、广播地址或多播地址。 虽然里面的一些规定现在还不是很明白,但是所有的这一切规定,都是为了防止产生 ICMP 报文的无限传播而定义的。
  • ICMP 协议大致分为两类,一种是查询报文,一种是差错报文。其中查询报文有以下几种用途:
  •  ping 查询(不要告诉我你不知道 ping 程序)
  •  子网掩码查询(用于无盘工作站在初始化自身的时候初始化子网掩码)
  •  时间戳查询(可以用来同步时间)

而差错报文则产生在数据传送发生错误的时候。就不赘述了。

ICMP 的应用--ping


ping 可以说是 ICMP 的最著名的应用,当我们某一个网站上不去的时候。通常会 ping 一下这个网站。ping 会回显出一些有用的信息。

一般的信息如下:

QQ20160319-4.png

ping 这个单词源自声纳定位,而这个程序的作用也确实如此,它利用 ICMP 协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码 为0的 ICMP 发请 求,受到请求的主机则用类型码为8的 ICMP 回应。ping 程序来计算间隔时间,并计算有多少个包被送达。用户就可 以判断网络大致的情况。我们可以看到, ping 给出来了传送的时间和 TTL 的数据。我给的例子不太好,因为走的路由少,有兴趣地 可以 ping 一下国外的网站比如 sf.net,就可以观察到一些 丢包的现象,而程序运行的时间也会更加的长。

ping 还给我们一个看主机到目的主机的路由的机会。这是因为,ICMP 的 ping 请求数据报在每经过一个路由器的时候,路由器都会把 自己的 ip 放到该数 据报中。而目的主机则会把这个 ip 列表复制到回应 icmp 数据包中发回给主机。但是,无论如何,ip 头所能纪录的 路由列表是非常的有限。如果要观察路由, 我们还是需要使用更好的工具,就是要讲到的 Traceroute(windows 下面的名字叫做 tracert)。

ICMP 的应用--Traceroute


Traceroute 是用来侦测主机到目的主机之间所经路由情况的重要工具,也是最便利的工具。前面说到,尽管 ping 工具也可以进行 侦测,但是,因为 ip 头的限制,ping 不能完全的记录下所经过的路由器。所以 Traceroute 正好就填补了这个缺憾。

Traceroute 的原理是非常非常的有意思,它受到目的主机的 IP 后,首先给目的主机发送一个 TTL=1(还记得 TTL 是什么吗?)的 UDP(后面就 知道 UDP 是什么了)数据包,而经过的第一个路由器收到这个数据包以后,就自动把 TTL 减1,而 TTL 变为0以后,路由 器就把这个包给抛弃了,并同时产生 一个主机不可达的 ICMP 数据报给主机。主机收到这个数据报以后再发一个 TTL=2的 UDP 数据报给目的主机,然后刺激第二个路由器给主机发 ICMP 数据 报。如此往复直到到达目的主机。这样,traceroute 就拿到了所有的路由器 ip。从而避开了 ip 头只能记录有限路由 IP 的问题。

有人要问,我怎么知道 UDP 到没到达目的主机呢?这就涉及一个技巧的问题,TCP 和 UDP 协议有一个端口号定义,而普通的网 络程序只监控少数的几个号码较 小的端口,比如说80,比如说23,等等。而 traceroute 发送的是端口号>30000(真变态)的 UDP 报,所以到 达目的主机的时候,目的 主机只能发送一个端口不可达的 ICMP 数据报给主机。主机接到这个报告以后就知道,主机到了,所以,说 Traceroute 是一个骗子一点也不为过

Traceroute 程序里面提供了一些很有用的选项,甚至包含了 IP 选路的选项,请察看 man 文档来了解这些,这里就不赘述了。

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