計算機網路之四：ICMP協議

一：ICMP簡介

1.ICMP全名為(INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL)網路控制訊息協議。

2.ICMP屬於TCP/IP協議族，工作在網路層（第三層），用於在IP主機、路由器之間傳遞控制訊息。

3.控制訊息是指網路通不通、主機是否可達、路由是否可用等網路本身的訊息。這些控制訊息雖然並不傳輸使用者資料，但是對於使用者資料的傳遞起著重要的作用。

4.ICMP協議與ARP協議不同，ICMP靠IP協議來完成任務，所以ICMP報文中要封裝IP頭部。它與傳輸層協議（如TCP和UDP）的目的不同，一般不用來在端系統之間傳送資料，不被使用者網路程式直接使用，除了想Ping和Tracert這樣的診斷程式。

5.ICMP的主要作用是主機探測,路由維護,路由選擇,流量控制。

二：ICMP協議

ICMP協議封裝在IP協議中，ICMP有很多報文型別，每一個報文型別又各自不相同，所以無法找到一個統一的報文格式來進行說明，但是他們的前四個位元組的報文格式是相同的。

1.ICMP常見的報文型別

CMP的報文分為兩類，一類是ICMP詢問報文，一類是ICMP差錯報告報文

2.ICMP報文包含在IP資料包中，IP報頭在ICMP報文的最前面。一個ICMP報文包括IP報頭（至少20位元組）、ICMP報頭（至少八位元組）和ICMP報文（屬於ICMP報文的資料部分）。當IP報頭中的協議欄位值為1時，就說明這是一個ICMP報文。ICMP報頭如下圖所示。

各欄位說明

型別： 佔一位元組，標識ICMP報文的型別，目前已定義了14種，從型別值來看ICMP報文可以分為兩大類。第一類是取值為1~127的差錯報文，第2類是取值128以上的資訊報文。

程式碼： 佔一位元組，標識對應ICMP報文的程式碼。它與型別欄位一起共同標識了ICMP報文的詳細型別。

校驗和： 這是對包括ICMP報文資料部分在內的整個ICMP資料包的校驗和，以檢驗報文在傳輸過程中是否出現了差錯。其計算方法與在我們介紹IP報頭中的校驗和計算方法是一樣的。

標識： 佔兩位元組，用於標識本ICMP程式，但僅適用於回顯請求和應答ICMP報文，對於目標不可達ICMP報文和超時ICMP報文等，該欄位的值為0。

3.常見的ICMP報文

相應請求： 我們日常進行的Ping操作中就包括了相應請求（型別欄位值為8）和應答（型別欄位值為0）ICMP報文。一臺主機向一個節點傳送一個型別欄位值為8的ICMP報文，如果途中沒有異常（如果沒有被路由丟棄，目標不回應ICMP或者傳輸失敗），則目標返回型別欄位值為0的ICMP報文，說明這臺主機存在。

目標不可達，源抑制和超時報文： 這三種報文的格式是一樣的。目標不可到達報文（型別值為3）在路由器或者主機不能傳遞資料時使用。例如我們要連線對方一個不存在的系統埠（埠號小於1024）時，將返回型別欄位值3、程式碼欄位值為3的ICMP報文。常見的不可到達型別還有網路不可到達（程式碼欄位值為0）、主機不可達到（程式碼欄位值為1）、協議不可到達（程式碼欄位值為2）等等。 

源抑制報文（型別欄位值為4，程式碼欄位值為0）： 則充當一個控制流量的角色，通知主機減少資料包流量。由於ICMP沒有回覆傳輸的報文，所以只要停止該報文，主機就會逐漸恢復傳輸速率。最後，無連線方式網路的問題就是資料包回丟失，或者長時間在網路遊蕩而找不到目標，或者擁塞導致主機在規定的時間內無法重組資料包分段，這時就要觸發ICMP超時報文的產生。 

超時報文 （型別欄位值為11）的程式碼域有兩種取值：程式碼欄位值為0表示傳輸超時，程式碼欄位值為1表示分段重組超時。

時間戳請求： 時間戳請求報文（型別值欄位13）和時間戳應答報文（型別值欄位14）用於測試兩臺主機之間資料包來回一次的傳輸時間。傳輸時，主機填充原始時間戳，接受方收到請求後填充接受時間戳後以型別值欄位14的報文格式返回，傳送方計算這個時間差。有些系統不響應這種報文。

三：ICMP典型運用--ping

ICMP的一個典型應用是Ping。Ping是檢測網路連通性的常用工具，同時也能夠收集其他相關資訊。使用者可以在Ping命令中指定不同引數，如ICMP報文長度、傳送的ICMP報文個數、等待回覆響應的超時時間等，裝置根據配置的引數來構造併傳送ICMP報文，進行Ping測試。

ping命令執行的時候，源主機首先會構建一個ICMP請求資料包，ICMP資料包內包含多個欄位。最重要的是兩個，第一個是型別欄位，對於請求資料包而言該欄位為8；另外一個是順序號，主要用於區分連續ping的時候發出的多個資料包。每發出一個請求資料包，順序號就會自動加1.為了能夠計算往返時間RTT，它會在報文的資料部分插入傳送時間。

然後，由ICMP協議將這個資料包連同地址192.168.1.2一起交給IP層，IP層將以192.168.1.2作為目的地址，本機IP地址作為源地址，加上一些其它控制資訊，構建一個IP資料包。

接下來，需要加入MAC頭。如果在本機ARP對映表中找出IP地址192.168.1.2所對應的MAC地址，則可以直接使用；如果沒有，則需要傳送ARP協議查詢MAC地址，獲得MAC地址後，由資料鏈路層構建一個資料幀，目的地址是IP層傳過來的MAC地址，源地址則是本機的MAC地址；還要附加上一些控制資訊，依據乙太網的介質訪問規則，將他們傳送出去。

主機B收到這個資料幀後，先檢查它的目的MAC地址，並和本機的MAC地址對比，如果符合則接收，否則就丟棄。接收後檢查該資料幀，將IP資料包從幀中提取出來，交給本機的IP層。同樣IP層檢查後，將有用的資訊提取後交給ICMP協議。

主機B會構建一個ICMP應答包，應答資料包的型別欄位為0，順序號為接收到的請求資料包中的順序號，然後再傳送出去給主機A。

在規定的時間內，源主機如果沒有接到ICMP的應答包，則說明目標主機不可達，如果接收到了ICMP應答包，則說明目標主機可達。

Ping常用的配置引數說明如下：

1. -a source-ip-address指定傳送ICMP ECHO-REQUEST報文的源IP地址。如果不指定源IP地址，將採用出介面的IP地址作為ICMP ECHO-REQUEST報文傳送的源地址。

2. -c count指定傳送ICMP ECHO-REQUEST報文次數。預設情況下傳送5個ICMP ECHO-REQUEST報文。

3. -h ttl-value指定TTL的值。預設值是255。

4. -t timeout指定傳送完ICMP ECHO-REQUEST後，等待ICMP ECHO-REPLY的超時時間。

Ping命令的輸出資訊中包括目的地址、ICMP報文長度、序號、TTL值、以及往返時間。序號是包含在Echo回覆訊息（Type=0）中的可變引數欄位，TTL和往返時間包含在訊息的IP頭中。

四：ICMP的典型運用--Traceroute

ICMP的另一個典型應用是Traceroute。Traceroute基於報文頭中的TTL值來逐跳跟蹤報文的轉發路徑。為了跟蹤到達某特定目的地址的路徑，源端首先將報文的TTL值設定為1。該報文到達第一個節點後，TTL超時，於是該節點向源端傳送TTL超時訊息，訊息中攜帶時間戳。然後源端將報文的TTL值設定為2，報文到達第二個節點後超時，該節點同樣返回TTL超時訊息，以此類推，直到報文到達目的地。這樣，源端根據返回的報文中的資訊可以跟蹤到報文經過的每一個節點，並根據時間戳資訊計算往返時間。Traceroute是檢測網路丟包及時延的有效手段，同時可以幫助管理員發現網路中的路由環路。

Traceroute常用的配置引數說明如下：

1. -a source-ip-address指定Traceroute報文的源地址。

2. -f first-ttl指定初始TTL。預設值是1。

3. -m max-ttl指定最大TTL。預設值是30。

4. -name使能顯示每一跳的主機名。

5. -p port指定目的主機的UDP埠號。