互联网协议 — ICMP 互联网控制消息协议

水深无声 2023-10-04 15:03 32阅读 0赞

## 目录 ##

#### 文章目录 ####

*  目录
 *  ICMP
 *  ICMPv4 协议栈
 *  ICMPv4 的消息类型
 *   *  Echo Request & Echo Reply Msg
     *  Destination Unreachable Msg
     *  Parameter Problem Msg
     *  Redirect Msg
     *  Time Exceeded Msg
     *  Timestamp Request & Timestamp Reply Msg
 *  ICMP 的应用
 *   *  ping
     *  traceroute

## ICMP ##

IPv4/v6 协议是尽力传输的网络协议，提供的数据传输服务是不可靠的、无连接的，不能保证数据包能成功到达目的地。所以，还需要另外的一个网络层协议来提供错误检测和错误报告功能，这就是 ICMPv4/v6（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）。

需要注意的是，ICMP Msg 是通过 IP 协议进行传输，但它的目的并不是让 IP 成为一种可靠的协议，而是对传输中发生的问题进行反馈。ICMP 消息的传输同样得不到可靠性保证，也有可能在传输过程中丢失。因此 ICMP 不是传输层的补充，应该把它当做网络层协议。

ICMP 的主要功能：

1.  确认 IP 数据包能够成功送达目的 IP 地址。
2.  报告 IP 数据包无法送达的原因。

ICMP 以此来检测 IP 网络是否正常、网络配置是否正确、设备是否异常等信息，继而便于进行网络问题的监控、告警以及诊断。

## ICMPv4 协议栈 ##

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*  **type（类型）**：表示 ICMP 消息的类型。
 *  **code（代码）**：表示 ICMP 消息的具体含义。

例如：type 为 3 表示 Destination Unreachable Message（目的不可达消息），若 code 值为 0 表示 Network Unreachable（目的网络不可达）。

## ICMPv4 的消息类型 ##

常见的 ICMP 消息类型如下图所示。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

从功能上，ICMP 的消息可分为两类：

1.  用于通知出错原因的错误消息。
2.  用于诊断的查询消息。

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### Echo Request & Echo Reply Msg ###

最常用的 ping 命令就是使用 Echo Request 和 Echo Reply 来实现的。

*  **Echo Request（回送请求消息）**：由源设备（主机、路由器等）向一个指定的目的设备发出的请求。这种消息用来测试目的地是否可达。
 *  **Echo Reply（回送响应消息）**：对 Echo Request 的响应。目的设备发送 Echo Reply 来响应收到的 Echo Request 。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

*  **NOTE**: The Data (Variable length) received in the echo message must be returned in the echo reply message.  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

### Destination Unreachable Msg ###

*  Destination Unreachable（目的不可达）：当路由器无法将 IP 包发送给目的地址时，会给源设备返回一个 Destination Unreachable 消息，并在消息中显示不可达的具体原因。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

例如：经常会遇到的 code 为 1 ，表示主机不可达，指路由表中没有目的设备的信息，或目的设备没有连接到网络。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

### Parameter Problem Msg ###

*  Parameter Problem（参数问题）：路由器发现 IP 包头出现错误或非法值后，向源设备发送一个 Parameter Problem 消息。这个消息包含有问题的 IP 头，或错误字段的提示信息。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

### Redirect Msg ###

*  Redirect（重定向）：如果路由器发现一条更优的路径发送数据，那么它就会返回一个 Redirect 消息给主机。这个消息包含了最合适的路由信息和源数据。

注意，Redirect 消息可能会引发路由问题，所以不进行这种设置。比如：路由器的路由表不准确时，ICMP 有可能就无法正常工作。

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### Time Exceeded Msg ###

Time Exceeded（超时）：IP 包中有一个字段是 TTL（生存周期），它的值每经过一次路由器就减 1 ，直到减到 0 时 IP 包会被丢弃。这时，路由器会发送一个 Time Exceeded 消息给源设备，并通知 IP 包已被丢弃。

设置 TTL 的主要目的，是当路由发生环路时，避免 IP 包无休止的在网络上转发。还可以用 TTL 控制 IP 包的可达范围，比如设置一个较小的 TTL 值。

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### Timestamp Request & Timestamp Reply Msg ###

时间戳可以记录 ICMP 消息一次往返所需的时间。源设备发送一个带有发送时间的 Timestamp Request 消息，目的设备收到后，发送一个带有原设备发送时间、目的设备接收时间以及目的设备发送时间的 Timestamp Reply 消息。源设备收到 Timestamp Reply 时，并同时记录到达时间。这些时间戳可以估计网络上的传输时间。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

## ICMP 的应用 ##

ICMP 被广泛应用于网络测试，最常用的 ping 和 traceroute 网络测试工具，都是使用 ICMP 协议实现的。

### ping ###

使用 ping 命令时，源设备向目的设备发送 Echo request 消息，目的地址是目的设备的 IP 地址。目的设备收到 Echo request 消息后，向源设备回应一个 Echo reply 消息，可知目的设备是可达的。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

*  如果中间某个路由器没有到达目的网络的路由，便会向源设备回应一个 Destination Unreachable 消息，告知目的设备不可达。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0ptaWxr_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]
 *  如果源主机在一定时间内无法收到回应报文，就认为目的设备不可达，并显示超时。  
    ![在这里插入图片描述][20210601150855508.png]

### traceroute ###

ping 工具只能测试目的设备的连通性，但是看不到数据包的传输路径。所以在网络不通的情况下，无法知道网络问题发生在哪个位置。traceroute 工具可以查看数据包的整条传输路径，包括途中经过的中间设备。

IP 头部的 TTL 字段是为避免数据包循环转发而设计的。每经过一个路由器，数据包头中的 TTL 值减 1 。如果 TTL 值为 0 则丢弃报文，并向源设备回应一个 Time Exceeded 消息，告知错误类型。tracert 就是基于 TTL 字段和 ICMP 协议实现的。在 Windows 中命令是 tracert ，在 Unix 、MacOS 中命令是 traceroute 。

使用 traceroute 命令时，源设备的 traceroute 逐跳发送数据包，并等待每一个响应报文。发送第一个数据包时，TTL 值设为 1 。第一个路由器收到数据包后 TTL 值减 1 ，随即丢弃数据包，并返回一个 Time Exceeded 消息。源设备的 traceroute 收到响应报文后，取出源 IP 地址，即路径上的第一个路由器地址。然后 traceroute 发送一个 TTL 值为 2 的数据包。第一个路由器将 TTL 值减 1 ，并转发数据包。第二个路由器再将 TTL 值减 1 ，丢弃数据包并返回一个 Time Exceeded 消息。traceroute 收到响应报文后，取出源 IP 地址，即路径上的第二个路由器地址。类似步骤，traceroute 逐跳获得每一个路由器的地址，并探测到目的设备的可达性。

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