24張圖搞定ICMP ：最常用的網(wǎng)絡(luò)命令ping和tracert

ICMP

IP是盡力傳輸?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)是不可靠的、無連接的，不能保證數(shù)據(jù)包能成功到達(dá)目的地。那么問題來了：如何確定數(shù)據(jù)包成功到達(dá)目的地？

這需要一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，提供錯誤檢測功能和報告機制功能，于是出現(xiàn)了ICMP（互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議）。ICMP 的主要功能是，確認(rèn) IP 包是否成功送達(dá)目的地址，通知發(fā)送過程中 IP 包被丟棄的原因。有了這些功能，就可以檢查網(wǎng)絡(luò)是否正常、網(wǎng)絡(luò)配置是否正確、設(shè)備是否異常等信息，方便進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)問題診斷。

舉個栗子：如果在傳輸過程中，發(fā)生了某個錯誤，設(shè)備便會向源設(shè)備返回一條 ICMP 消息，告訴它發(fā)生的錯誤類型。

ICMP 消息是通過 IP 進(jìn)行傳輸，但它的目的并不是讓 IP 成為一種可靠的協(xié)議，而是對傳輸中發(fā)生的問題進(jìn)行反饋。ICMP 消息的傳輸同樣得不到可靠性保證，也有可能在傳輸過程中丟失。因此 ICMP 不是傳輸層的補充，應(yīng)該把它當(dāng)做網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

ICMP 消息封裝

ICMP 消息使用 IP 來封裝，封裝格式如下圖。

其中type（類型）字段表示 ICMP 消息的類型，code（代碼）字段表示 ICMP 消息的具體含義。例如：type 值為 3 表示目的不可達(dá)消息（ Destination Unreachable Message ），若 code 值為 0 表示目的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)（ Network Unreachable ）。常見的 ICMP 消息類型如下圖。

從功能上，ICMP 的消息可分為兩類：一類是通知出錯原因的錯誤消息，另一類是用于診斷的查詢消息。

常見的 ICMP 消息類型

回送請求消息（ Echo Request ）：是由源設(shè)備（主機或路由器等）向一個指定的目的設(shè)備發(fā)出的請求。這種消息用來測試目的地是否可達(dá)。

回送響應(yīng)消息（ Echo Reply ）：對 Echo Request 的響應(yīng)。目的設(shè)備發(fā)送 Echo Reply 來響應(yīng)收到的 Echo Request 。最常用的 ping 命令就是使用 Echo Request 和 Echo Reply 來實現(xiàn)的。

目的不可達(dá)（ Destination Unreachable ）：路由器無法將 IP 包發(fā)送給目的地址時，會給源設(shè)備返回一個 Destination Unreachable 消息，并在消息中顯示不可達(dá)的具體原因。

實際情況下，經(jīng)常會遇到的錯誤代碼是 1 ，表示主機不可達(dá)，它是指路由表中沒有目的設(shè)備的信息，或目的設(shè)備沒有連接到網(wǎng)絡(luò)。

參數(shù)問題（ Parameter Problem ）：路由器發(fā)現(xiàn) IP 包頭出現(xiàn)錯誤或非法值后，向源設(shè)備發(fā)送一個 Parameter Problem 消息。這個消息包含有問題的 IP 頭，或錯誤字段的提示信息。

重定向（ Redirect ）：如果路由器發(fā)現(xiàn)一條更優(yōu)的路徑發(fā)送數(shù)據(jù)，那么它就會返回一個 Redirect 消息給主機。這個消息包含了最合適的路由信息和源數(shù)據(jù)。

實際情況下，這種 Redirect 消息會引發(fā)路由問題，所以不進(jìn)行這種設(shè)置。比如：路由器的路由表不準(zhǔn)確時，ICMP 有可能就無法正常工作。

超時（ Time Exceeded ）：IP 包中有一個字段是 TTL（生存周期），它的值每經(jīng)過一次路由器就減 1 ，直到減到 0 時 IP 包會被丟棄。這時，路由器會發(fā)送一個 Time Exceeded 消息給源設(shè)備，并通知 IP 包已被丟棄。

設(shè)置 TTL 的主要目的，是當(dāng)路由發(fā)生環(huán)路時，避免 IP 包無休止的在網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)發(fā)。還可以用 TTL 控制 IP 包的可達(dá)范圍，比如設(shè)置一個較小的 TTL 值。

時間戳請求/時間戳響應(yīng)（ Timestamp Request / Timestamp Reply ）：時間戳可以記錄 ICMP 消息一次往返所需的時間。源設(shè)備發(fā)送一個帶有發(fā)送時間的 Timestamp Request 消息，目的設(shè)備收到后，發(fā)送一個帶有原設(shè)備發(fā)送時間、目的設(shè)備接收時間以及目的設(shè)備發(fā)送時間的 Timestamp Reply 消息。源設(shè)備收到 Timestamp Reply 時，并同時記錄到達(dá)時間。這些時間戳可以估計網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時間。

ICMP 的應(yīng)用

ICMP 被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)測試，最常用的ping和tracert網(wǎng)絡(luò)測試工具，都是使用 ICMP 協(xié)議實現(xiàn)的。

ping

ping 是 ICMP 最著名的一個應(yīng)用，通過 ping 可以測試網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，即網(wǎng)絡(luò)上的報文能否成功到達(dá)目的地。使用 ping 命令時，源設(shè)備向目的設(shè)備發(fā)送 Echo request 消息，目的地址是目的設(shè)備的 IP 地址。目的設(shè)備收到 Echo request 消息后，向源設(shè)備回應(yīng)一個 Echo reply 消息，可知目的設(shè)備是可達(dá)的。也可以通過 ping 命令來判斷目標(biāo)主機是否啟用。

如果中間某個路由器沒有到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的路由，便會向源設(shè)備回應(yīng)一個 Destination Unreachable 消息，告知目的設(shè)備不可達(dá)。

如果源主機在一定時間內(nèi)無法收到回應(yīng)報文，就認(rèn)為目的設(shè)備不可達(dá)，并顯示超時。

需要注意的是 ping 過程是雙向的消息通信，只有雙向都成功傳輸時，才能說明通信是正常的。另外主機也可能因為防火墻攔截，導(dǎo)致 ping 不通。

tracert

ping 工具只能測試目的設(shè)備的連通性，但是看不到數(shù)據(jù)包的傳輸路徑。所以在網(wǎng)絡(luò)不通的情況下，無法知道網(wǎng)絡(luò)問題發(fā)生在哪個位置。tracert 工具可以查看數(shù)據(jù)包的整條傳輸路徑，包括途中經(jīng)過的中間設(shè)備。

IP 頭部的TTL字段是為避免數(shù)據(jù)包循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)而設(shè)計的。每經(jīng)過一個路由器，數(shù)據(jù)包頭中的 TTL 值減 1 。如果 TTL 值為 0 則丟棄報文，并向源設(shè)備回應(yīng)一個 Time Exceeded 消息，告知錯誤類型。tracert 就是基于 TTL 字段和 ICMP 協(xié)議實現(xiàn)的。在 Windows 中命令是tracert，在 Unix 、MacOS 中命令是traceroute。

使用 tracert 命令時，源設(shè)備的 tracert逐跳發(fā)送數(shù)據(jù)包，并等待每一個響應(yīng)報文。發(fā)送第一個數(shù)據(jù)包時，TTL 值設(shè)為 1 。第一個路由器收到數(shù)據(jù)包后 TTL 值減 1 ，隨即丟棄數(shù)據(jù)包，并返回一個 Time Exceeded 消息。源設(shè)備的 tracert 收到響應(yīng)報文后，取出源 IP 地址，即路徑上的第一個路由器地址。然后 tracert 發(fā)送一個 TTL 值為 2 的數(shù)據(jù)包。第一個路由器將 TTL 值減 1 ，并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第二個路由器再將 TTL 值減 1 ，丟棄數(shù)據(jù)包并返回一個 Time Exceeded 消息。tracert 收到響應(yīng)報文后，取出源 IP 地址，即路徑上的第二個路由器地址。類似步驟，tracert 逐跳獲得每一個路由器的地址，并探測到目的設(shè)備的可達(dá)性。

tracert 過程也是雙向的消息通信，只有雙向都成功傳輸時，才能正確探測路徑。另外主機安裝了防火墻，也可能造成路徑探測失敗。

網(wǎng)絡(luò)實戰(zhàn)

ping

在 Windows 電腦上使用ping命令，并查看返回信息。

同步抓包進(jìn)行驗證。

還可以直接使用 ping 命令，查看 ping 命令的使用方法。

tracert

在 Windows 電腦上使用tracert命令，并查看返回信息。

同步抓包進(jìn)行驗證。

也可以直接使用 tracert 命令，查看 tracert 命令的使用方法。