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ICMP

真题练习

在选择题中考查，频率不高，重点关注差错报文类型以及 ICMP 的应用。

ICMP（Internet Control Message Protocol）是一个 网络层协议 用于在 IP 主机和路由器之间发送 控制消息。ICMP 是 Internet 协议套件的 重要组成部分，它主要用于 诊断 和 报告错误 和某些特定条件。

首部

ICMP 首部以类型、代码和校验和开头，后续字段随消息类型变化
  1. 类型 (Type) ：8 位
    • 用于指定 ICMP 消息 的类型。
    • 例如， Echo Request 的类型为 8 ， Echo Reply 的类型为 0 。
  2. 代码 (Code) ：8 位
    • 为更进一步 细分 某个特定类型的 ICMP 消息而设置。
    • 例如，对于 “目的地不可达”（ Destination Unreachable ）类型的消息，代码可以用来指定具体的不可达原因，如网络不可达、主机不可达等。
  3. 检验和 (Checksum) ：16 位
    • 用于验证 ICMP 消息在传输过程中没有被损坏。这个检验和涵盖了整个 ICMP 消息。
  4. 其它字段
    • 这些字段的内容取决于 ICMP 消息 的 类型 和 代码。
    • 例如，对于 Echo Request 和 Echo Reply 消息，接下来的字段包括一个标识符（ Identifier ）和一个序列号（ Sequence Number ）。

消息类型

ICMP 的消息类型可以分为 差错报文 和 查询报文 这两大类型：

  • 差错报文：用于 报告 网络通信过程中出现的各种 错误 。
  • 查询报文：用于 诊断 或网络信息查询，主要用于网络测试和管理 。

当然了，这里不需要背，了解消息类型的含义即可，比方说给你一个消息类型 源点抑制，你能知道它是干嘛的就行。

差错报文

ICMP 的 差错报文 分为五大类型：

  1. 终点不可达（Destination Unreachable）
    • 当数据不能被传送到目的地时，发送此消息。
    • 下面是一些常见的“不可达”子类型：
      • Network Unreachable: 无法到达目标网络。
      • Host Unreachable: 无法到达目标主机。
      • Protocol Unreachable: 目标网络不支持所请求的协议。
      • Port Unreachable: 目标主机上的特定端口不可用。
      • Fragmentation Needed and Don't Fragment was Set: 数据包太大，需要分片，但数据包的“不分片”标志已设置。
      • Source Route Failed: 源路由指定的路径失败。
      • Network Unknown: 目标网络未知。
      • Host Unknown: 目标主机未知。
  2. 源点抑制（Source Quench）
    • 历史上用于请求源主机在拥塞时降低发送速率，但已被 RFC 6633 废弃，现代路由器不应再发送。408 旧教材可能仍把它列为传统类型，需识别其含义和“已废弃”的边界。
  3. 路由重定向（Redirect）
    • 告诉发送主机存在更好的路由。
  4. 超时（Time Exceeded）
    • 当数据包在网络中传输的时间太长或超过了其 TTL （生存时间）时发送。有两种主要的子类型：
      • TTL Exceeded in Transit: 数据包在传输过程中 TTL 达到零。
      • Fragment Reassembly Time Exceeded: 分片重新组装超时。
  5. 参数错误（Parameter Problem）
    • 当 IP 头包含错误或不可识别的信息时，发送此消息。

查询报文

查询报文 包含以下类型：

  1. Echo Request 和 Echo Reply (ping)
    • Echo Request: 通常被称为 ping 请求。用于测试目的地是否可达。
    • Echo Reply: 通常被称为 ping 回应。是对 Echo Request 的回应。
  2. Timestamp Request and Timestamp Reply
    • 用于报告当前的时间。
  3. Address Mask Request and Address Mask Reply
    • 用于请求和响应子网地址掩码。

Timestamp 与 Address Mask 查询属于传统 ICMP 功能，现代网络很少使用；最常见的查询仍是 Echo Request/Reply。

不会发送 ICMP 差错报文的典型情况：对 ICMP 差错报文本身、对非首片 IP 分片、对目的为广播或多播的报文，通常不再产生新的 ICMP 差错，以避免错误风暴。具体规则以协议版本和消息类型为准。

应用

这里需要了解基于 ICMP 协议 的两个 linux 程序，一个是 ping，大家应该都比较熟悉。另一个是 traceroute，用于寻找从起点到终点经过了哪些 IP 地址。

ping

Ping 是一个简单的工具，用于测试两台主机之间的 网络连接性，测量往返时延（RTT，Round-Trip Time），并检测是否有 数据包丢失。

过程流

Ping 如何测得一次往返时延

逐步查看 Echo Request 的标识符与序列号、目标回复 Echo Reply，以及发送端如何按时间戳计算 RTT 并统计丢包。

发出 Echo Request→经过网络经过网络→返回 Echo Reply返回 Echo Reply→计算 RTT经过网络→处理无回复

当前查看：发出 Echo Request。源主机记录发送时刻 t0，发送 ICMP 类型 8 的 Echo Request，并带上标识符与序列号。

ping 利用了 ICMP 中的 Echo Request/Reply 消息类型：

  1. 发送 ICMP Echo Request：Ping 工具向 目标主机 发送一个 ICMP Echo Request 消息。
  2. 接收 ICMP Echo Reply：如果 目标主机 可达且未被防火墙阻止，它会回复一个 ICMP Echo Reply 消息。
  3. 计算时延：Ping 记录发送和接收消息的时间差，计算 RTT。
  4. 统计 丢包率：通过发送多个 Echo Request，统计有多少消息未收到回复，计算 丢包率。

traceroute

Traceroute 用于跟踪数据包从源到目标的 路径，显示沿途经过的路由器（跳点）及其 延迟。

过程流

Traceroute 怎样用 TTL 逐跳探路

把 TTL 从 1 逐步增加到 4，观察每个路由器在哪一跳把 TTL 减到 0、返回 Time Exceeded，以及目标主机如何给出终止响应。

TTL=1→TTL=2TTL=2→TTL=3TTL=3→到达目标到达目标→理解结果边界

当前查看：TTL=1。第一个路由器把 TTL 从 1 减到 0，丢弃探测并返回 ICMP Time Exceeded；记录第 1 跳与 RTT。

Traceroute 利用 ICMP 的 Time Exceeded 消息和 IP 数据包的 TTL（Time To Live） 字段：

  1. 逐步增加 TTL：
    • Traceroute 发送一系列 UDP 数据报、ICMP Echo Request 或 TCP 探测（取决于实现），从 TTL=1 开始逐步递增。每台路由器转发 IPv4 数据报时将 TTL 减 1；若减为 0，就丢弃该数据报并返回 ICMP Time Exceeded（类型 11、代码 0）。
  2. 记录跳点：
    • Traceroute 记录发送 Time Exceeded 消息的路由器 IP 地址和响应时间。
    • 重复此过程，直到数据包到达 目标主机（目标返回 ICMP Echo Reply 或 UDP 端口不可达消息）。
  3. 显示路径：
    • Traceroute 将每跳的路由器 IP 和 延迟 显示出来，构成从源到目标的完整 路径。
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