《网络协议》ICMP 协议

ICMP 协议概述

        ICMP 经常被认为是 IP 层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP 报文通常被 IP 层或更高层协议（TCP 或 UDP）使用。ICMP 报文是在 IP 数据报内部传输的。IP 协议是不可靠协议，不能保证 IP 数据报能够成功的到达目的主机，无法进行差错控制，而 ICMP 协议能够协助 IP 协议完成这些功能。下面是 ICMP 报文的数据结构：

1. 类型：一个 8 位类型字段，表示 ICMP 数据包类型；
2. 代码：一个 8 位代码域，表示指定类型中的一个功能，如果一个类型中只有一种功能，代码域置为 0；
3. 检验和：数据包中 ICMP 部分上的一个 16 位检验和；

ICMP 报文类型

       ICMP 报文大致可分为两类：差错报文、查询报文。具体消息类型如下表所示：

ICMP 差错报文

         当发送一份差错报文时，报文始终包含 IP 的首部和产生 ICMP 差错报文的 IP 数据报的前 8 位字节。这样，接收 ICMP 差错报文的模块就会把它与某个特定的协议（根据 IP 数据报首部中的协议字段来判断）和用户进程（根据包含在 IP 数据报前 8 个字节中的 TCP 或 UDP 报文首部中的 TCP 或 UDP 端口号来判断）联系起来。

        下面各种情况不会导致产生 ICMP 差错报文：

1. ICMP 报文差错（ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文）；
2. 目的地址是广播地址或多播地址的 IP 数据报；
3. 作为链路层广播的数据报；
4. 不是 IP 分片的第一片；
5. 源地址不是单个主机的数据报，也就是说，源地址不可能是零地址、环回地址、广播地址或多播地址；

以下针对 ICMP 差错报文的类型进行分析：

1. ICMP 目标不可达消息：IP 路由器无法将 IP 数据报发送给目的地址时，会给发送端主机返回一个目标不可达 ICMP 消息，并在这个消息中显示不可达的具体原因。
2. ICMP 重定向消息：如果路由器发现发送端主机使用次优的路径发送数据时，那么它会返回一个 ICMP 重定向消息给这个主机，这个消息包含了最合适的路由信息和源数据。主要发生在路由器持有更好的路由信息的情况下，路由器会通过这个 ICMP 重定向消息给发送端主机一个更合适的发送路由。
3. ICMP 超时消息：IP 数据包中有一个字段 TTL（Time to live，生存周期），它的值随着每经过一个路由器就会减 1，直到减到 0 时该 IP 数据包被丢弃。此时，IP 路由器将发送一个 ICMP 超时消息给发送端主机，并通知该包已被丢弃。 
4. 源抑制消息：当 TCP/IP 主机发送数据到另一主机时，如果速度达到路由器或者链路的饱和状态，路由器发出一个 ICMP 源抑制消息。

ICMP 查询报文

----ICMP 回送消息：用于进行通信的主机或路由之间，判断发送数据包是否成功到达对端的消息。可以向对端主机发送回送请求消息，也可以接收对端主机回来的回送应答消息。

----ICMP 地址掩码消息：主要用于主机或路由想要了解子网掩码的情况。可以向那些主机或路由器发送 ICMP 地址掩码请求消息，然后通过接收 ICMP 地址掩码应答消息获取子网掩码信息。

----ICMP 时间戳消息：可以向那些主机或路由器发送 ICMP 时间戳请求消息，然后通过接收 ICMP 时间戳应答消息获取时间信息。

Ping 程序

         Ping 程序利用 ICMP 回显请求报文和回显应答报文（而不用经过传输层）来测试目标主机是否可达。它是一个检查系统连接性的基本诊断工具。

        ICMP 回显请求和 ICMP 回显应答报文是配合工作的。当源主机向目标主机发送了 ICMP 回显请求数据包后，它期待着目标主机的回答。目标主机在收到一个 ICMP 回显请求数据包后，它会交换源、目的主机的地址，然后将收到的 ICMP 回显请求数据包中的数据部分原封不动地封装在自己的 ICMP 回显应答数据包中，然后发回给发送 ICMP 回显请求的一方。如果校验正确，发送者便认为目标主机的回显服务正常，也即物理连接畅通。

        例如：在终端上 Ping 下谷歌的地址，神奇的发现谷歌地址既然不用翻墙都能上了，而且丢包率 0%。

$ ping www.google.comPING www.google.com (173.194.127.148) 56(84) bytes of data.64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=1 ttl=48 time=11.0 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=2 ttl=48 time=10.8 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=3 ttl=48 time=11.1 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=4 ttl=48 time=10.8 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=5 ttl=48 time=11.1 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=6 ttl=48 time=11.0 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=7 ttl=48 time=10.5 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=8 ttl=48 time=9.96 ms64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=9 ttl=48 time=10.9 ms^C--- www.google.com ping statistics ---9 packets transmitted, 9 received, 0% packet loss, time 8009msrtt min/avg/max/mdev = 9.963/10.830/11.123/0.368 ms

Traceroute 程序

        Traceroute 程序主要用来侦测源主机到目的主机之间所经过的路由的情况。

        Traceroute 使用 ICMP 报文和 IP 首部中的 TTL 字段，它充分利用了 ICMP 超时消息。其原理很简单，开始时发送一个 TTL 字段为 1 的 UDP 数据报，而后每次收到 ICMP 超时萧后，按顺序再发送一个 TTL 字段加 1 的 UDP 数据报，以确定路径中的每个路由器，而每个路由器在丢弃 UDP 数据报时都会返回一个 ICMP 超时报文，而最终到达目的主机后，由于 ICM P选择了一个不可能的值作为 UDP 端口（大于30000）。这样目的主机就会发送一个端口不可达的 ICMP 差错报文。

参考资料：

《TCP/IP 详解》

《图解 TCP/IP》

《ICMP协议、Ping、Traceroute》