计算机网络-ICMP协议

Posted 2020-11-28 yinrz

计算机网络(4)-ICMP协议

ICMP

Internet控制消息协议ICMP（Internet Control Message Protocol）是网络层的一个重要协议。ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，并对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

ICMP重定向

ICMP Redirect重定向消息用于支持路由功能。如图所示，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，会向RTA发送报文，然后RTA会将该报文再转发给服务器A。

ICMP差错检测

ICMP Echo Request和ICMP Echo Reply分别用来查询和响应某些信息，进行差错检测。

lICMP Echo消息常用于诊断源和目的地之间的网络连通性，同时还可以提供其他信息，如报文往返时间等。

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，且最终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。又比如如果目的地不可达，则中间的网络设备会发送目的不可达消息给发送端设备。目的不可达的情况有多种，如果是网络设备无法找到目的网络，则发送目的网络不可达消息；如果网络设备无法找到目的网络中的目的主机，则发送目的主机不可达消息。

ICMP数据包格式

ICMP消息封装在IP报文中。ICMP消息的格式取决于Type和Code字段，其中Type字段为消息类型，Code字段包含该消息类型的具体参数。后面的校验和字段用于检查消息是否完整。消息中包含32比特的可变参数，这个字段一般不使用，通常设置为0。在ICMP Redirect消息中，这个字段用来指定网关IP地址，主机根据这个地址将报文重定向到指定网关。在Echo请求消息中，这个字段包含标识符和序号，源端根据这两个参数将收到的回复消息与本端发送的Echo请求消息进行关联。尤其是当源端向目的端发送了多个Echo请求消息时，需要根据标识符和序号将Echo请求和回复消息进行一一对应。

ICMP消息类型和编码类型

ICMP定义了多种消息类型，并用于不同的场景。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。比如，ICMP Echo回复消息的Type字段设置为0。

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。比如，类型为3的消息表示目的不可达，不同的Code值表示不可达的原因，包括目的网络不可达（Code=0）、目的主机不可达（Code=1）、协议不可达（Code=2）、目的TCP/UDP端口不可达（Code=3）等。

ICMP的应用——Ping

ICMP的一个典型应用是Ping。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。用户可以在Ping命令中指定不同参数，如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等，设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文，进行Ping测试。

Ping常用的配置参数说明如下：

1. -a source-ip-address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。

2. -c count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。

3. -h ttl-value指定TTL的值。缺省值是255。

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

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。

ICMP的应用——Tracert

ICMP的另一个典型应用是Tracert。Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。==为了跟踪到达某特定目的地址的路径，源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后，TTL超时，于是该节点向源端发送TTL超时消息，消息中携带时间戳。然后源端将报文的TTL值设置为2，报文到达第二个节点后超时，该节点同样返回TTL超时消息，以此类推，直到报文到达目的地。这样，源端根据返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点，并根据时间戳信息计算往返时间。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。

Tracert常用的配置参数说明如下：

-a source-ip-address指定tracert报文的源地址。

-f first-ttl指定初始TTL。缺省值是1。

-m max-ttl指定最大TTL。缺省值是30。

-name使能显示每一跳的主机名。

-p port指定目的主机的UDP端口号。

源端（RTA）向目的端（主机B）发送一个UDP报文，TTL值为1。

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。如果IP数据包在到达目的地之前TTL值已经降为0，则收到IP数据包的网络设备会丢弃该数据包，并向源端发送ICMP消息通知源端TTL超时。

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）。

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）。