深入浅出网工第二个协议---Internet控制报文协议ICMP

Posted 2020-11-23

ICMP简介

ICMP（Internet Control Message Protocol）是网络层的一个重要协议
ICMP的作用：用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，它对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障具有至关重要的作用
ICMP协议中用到的报文类型：Echo-Request和Echo-Reply 两种报文 使用的都是单播报文

ICMP错误报告

ICMP定义了各种错误消息，用于诊断网络连接性问题；根据这些错误消息，源设备可以判断出数据传输失败的原因。比如，如果网络中发生了环路，导致报文在网络中循环，最终TTL超时，这种情况下网络设备会发送TTL超时消息给发送端设备。又比如如果目的不可达，则中间的网络设备会发送目的不可达消息给发送端设备。

小结：

注意：ICMP定义了多种消息类型，用于不同的场景
有些消息不需要Code字段来描述具体类型参数，仅用Type字段表示消息类型。
有些ICMP消息使用Type字段定义消息大类，用Code字段表示消息的具体类型。

ICMP重定向

主机A希望发送报文到服务器A，于是根据配置的默认网关地址向网关RTB发送报文。网关RTB收到报文后，检查报文信息，发现报文应该转发到与源主机在同一网段的另一个网关设备RTA，因为此转发路径是更优的路径。所以RTB会向主机发送一个Redirect消息，通知主机直接向另一个网关RTA发送该报文。主机收到Redirect消息后，向RTA发送报文，RTA会将报文转发给服务器A

发生重定向的条件:
第一：同接口进出
第二：满足第二条源和下一跳同网段
第三：路由器RTB发出的重定向报文

典型应用

PING应用

Ping是检测网络连通性的常用工具，同时也能够收集其他相关信息

PING常用的配置参数说明如下

-a（source-ip-address）参数

指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文的源IP地址。如果不指定源IP地址，将采用出接口的IP地址作为ICMP ECHO-REQUEST报文发送的源地址。

现在全网已经互通了，我们在R1上面验证一下ping命令的参数

<R1>ping 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=40 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=20 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 20/30/40 ms

在R1上查看到达3.3.3.3路由的出接口为R1的G0/0/0接口

<R1>display ip routing-table 3.3.3.3
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Table : Public
Summary Count : 1
Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        3.3.3.3/32  Static  60   0          RD   12.1.1.2        GigabitEthernet
0/0/0

所以：默认情况下，R1访问目标地址的时候，所携带的源IP地址是12.1.1.1即自己的接口IP地址作为源IP地址访问目标IP地址
验证-a参数的用法：

<R1>ping -a 1.1.1.1 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=20 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=30 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 20/28/30 ms

<R1>

R1访问目标地址的时候，所携带的源IP地址是1.1.1.1即自己的loopback 0地址

-c（count）参数

指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文次数。缺省情况下发送5个ICMP ECHO-REQUEST报文。

<R1>ping -c 1000 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=40 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=20 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=20 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=40 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=6 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=7 ttl=254 time=20 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=8 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=9 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=10 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=11 ttl=254 time=20 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=12 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=13 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=14 ttl=254 time=30 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    14 packet(s) transmitted
    14 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 20/28/40 ms

<R1>

-h（ttl-value）参数

指定TTL的值。缺省值是255。

<R1>ping -h 1 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Request time out
    Request time out
    Request time out
    Request time out
    Request time out

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    0 packet(s) received
    100.00% packet loss

<R1>ping -h 2 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=40 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 30/32/40 ms

-t（timeout）参数

指定发送完ICMP ECHO-REQUEST后，等待ICMP ECHO-REPLY的超时时间。

<R1>ping -t 31 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=30 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=30 ms
    Request time out
    Request time out
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=20 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    3 packet(s) received
    40.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 20/26/30 ms

注意：ping命令的输出信息中包括目的地址、ICMP报文长度、序号、TTL值、以及往返时间。序号是包含在Echo回复消息（Type=0）中的可变参数字段，TTL和往返时间包含在消息的IP头中。

TRACERT应用

Tracert是检测网络丢包及时延的有效手段，同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路

<RTA>tracert 30.0.0.2
Tracert to 30.0.0.2(30.0.0.2), max hops:30, packet length:40, press CTRL_C to break 
 1 10.0.0.2 130 ms  50 ms  40 ms 
 2 20.0.0.2 80 ms  60 ms  80 ms
 3 30.0.0.2 80 ms  60 ms  70 ms 

TRACERT常用的配置参数如下：

-a (source-ip-address)参数

指定tracert报文的源地址。

-f （first-ttl）参数

指定初始TTL。缺省值是1。

-m （max-ttl）参数

指定最大TTL。缺省值是30。

-name参数

使能显示每一跳的主机名。

-p （port）参数

指定目的主机的UDP端口号。

TRACERT原理

第一步：发送一个UDP报文，TTL值为1

RTA向目的端主机B发送一个UDP报文，TTL值为1，目的UDP端口号是大于30000的一个数，因为在大多数情况下，大于30000的UDP端口号是任何一个应用程序都不可能使用的端口号。
第一跳（RTB）收到源端发出的UDP报文后，判断出报文的目的IP地址不是本机IP地址，将TTL值减1后，判断出TTL值等于0，则丢弃报文并向源端发送一个ICMP超时（Time Exceeded）报文（该报文中含有第一跳的IP地址10.0.0.2），这样源端就得到了RTB的地址。

第二步：发送一个UDP报文，TTL值为2

源端收到RTB的ICMP超时报文后，再次向目的端发送一个UDP报文，TTL值为2。第二跳（RTC）收到源端发出的UDP报文后，回应一个ICMP超时报文，这样源端就得到了RTC的地址（20.0.0.2）。

第N步：发送一个UDP报文，TTL值为N

以上过程不断进行，直到目的端收到源端发送的UDP报文后，判断出目的IP地址是本机IP地址，则处理此报文。根据报文中的目的UDP端口号寻找占用此端口号的上层协议，因目的端没有应用程序使用该UDP端口号，则向源端返回一个ICMP端口不可达（Destination Unreachable）报文。
源端收到ICMP端口不可达报文后，判断出UDP报文已经到达目的端，则停止Tracert程序，从而得到数据报文从源端到目的端所经历的路径（10.0.0.2；20.0.0.2；30.0.0.2）