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浅谈ICMP协议

作者：互联网

概念性问题
ICMP（Internet Control Message Protocol）用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

ICMP 是 TCP/IP 模型中网络层的重要成员，与 IP 协议、ARP 协议、RARP 协议及 IGMP 协议共同构成 TCP/IP 模型中的网络层。ping 和 tracert是两个常用网络管理命令，ping 用来测试网络可达性，tracert 用来显示到达目的主机的路径。ping和 tracert 都利用 ICMP 协议来实现网络功能，它们是把网络协议应用到日常网络管理的典型实例。

ICMP协议的功能

  1. 确认IP包是否成功到达目标地址
  2. 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因
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ICMP报文格式

ICMP报文包含在IP数据报中，IP报头在ICMP报文的最前面。一个ICMP报文包括IP报头（至少20字节）、ICMP报头（至少八字节）和ICMP报文（属于ICMP报文的数据部分）。当IP报头中的协议字段值为1时，就说明这是一个ICMP报文。ICMP报头如下图所示。
如下图：
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字段说明：
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ICMP大概分为两类报文：
一类是通知出错原因 ；一类是用于诊断查询
类型及含义如下：
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Ping命令
ping 命令用来在IP 层次上调查与指定机器是否连通，调查数据包往复需要多少时间。为了实现这个功能，ping 命令使用了两个ICMP 报文。
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解析过程：
1.向目标服务器发送回送请求。
首先，向目标服务器发出回送请求（类型是8，代码是0）报文（同2）。在这个回送请求报文里，除了类型和代码字段，还被追加了标识符和序号字段。标识符和序号字段分别是16 位的字段。ping 命令在发送回送请求报文时，在这两个字段里填入任意的值。对于标识符，应用程序执行期间送出的所有报文里填入相同的值。对于序号，每送出一个报文数值就增加1。而且，回送请求的选项数据部分用来装任意数据。这个任意数据用来调整ping 的交流数据包的大小。

2.鹦鹉学舌一样返回回送回答。
计算机送出的回送请求到达目标服务器后，服务器回答这一请求，向送信方发送回送请求（类型是0，代码是0）（同3）。这个ICMP 回送回答报文在IP 层来看，与被送来的回送请求报文基本上一样。不同的只是，源和目标IP 地址字段被交换了，类型字段里填入了表示回送回答的0。也就是，从送信方来看，自己送出的ICMP 报文从目标服务器那里象鹦鹉学舌那样原样返回了。
送信方的计算机可以通过收到回送回答报文，来确认目标服务器在工作着。进一步，记住发送回送请求报文的时间，与接收到回送回答报文的时间一比较，就能计算出报文一去一回往复所需要的时间（同4）。但是，收到的回送回答报文里写的只是类型和代码的话，发送方计算机将无法判断它是否是自己发出去请求的回答。因此，前面说到的标识符和序号字段就有它的意义了。将这两个值与回送回答报文中的相同字段值一比较，送行方计算机就能够简单地检测回送回答是否正确了。执行ping 命令而调查的结果没什么问题的话，就将目标服务器的IP 地址，数据大小，往复花费的时间打印到屏幕上。

3.用ping 命令不能确定与对方连通的原因大致有三个。
1）目标服务器不存在；2)花在数据包交流上的时间太长ping 命令认为超时；3）目标服务器不回答ping 命令。如果是原因2），通过ping 命令的选项来延长到超时的等待时间，就能正确显示结果了。如果原因是1）或3）的话，仅凭ping 命令的结果就不能判断是哪方了。正如这样，ping 命令不一定一定能判断对方是否存在。

traceroute命令
为了调查到通信对方的路径现在是怎么样了，使用的是traceroute 命令。它与ping 并列，是代表网络命令。这个traceroute 也是ICMP 的典型实现之一。
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解析过程：
1.执行tracert命令。
在Windows 上执行tracert 命令后，首先计算机向目的服务器发送IP 数据包。Windows 上使用的是与ping 同样的ICMP 回送请求报文。但是，有一点和通常的回送请求不一样。那是，最初将IP 首部的TTL(生存时间)字段设为1 这一点。
路由器每转送一次数据包就将TTL 的值减1。当TTL 变为0 的时候，按规定将丢弃这个数据包。正如这样，与其说TTL 是时间，还不如说TTL 是经过路由器的个数。对于计算机发送出去的数据包，只要它与目标服务器不在同一局域网内，一定会被哪儿的路由器中继。这时如果TTL 的值是1，由于路由器的处理会变为0，则该数据包将会被丢弃（同2）。

2.用超时报文来通知送信方。
路由器丢弃数据包的同时，用ICMP 报文来通知错误。这时使用的ICMP 报文是，类型为11，代码为0 的ICMP 超时报文。而且在选项数据字段里，将填入原先数据包的IP 首部和ICMP 的开始8 字节。正如ping 命令的时候看到的，ICMP 回送请求的先头8 字节里包含了标识符和序号字段。因此，送信方的计算机看了超时报文后，就知道是针对自己发出的回送请求的错误通知。
计算机接到针对第一个数据包的ICMP 超时报文后，接下来将TTL 加1（TTL=2）并同样地送出（同3）。这次通过第一个路由器，TTL 变为1，到达第二个路由器。但是第二个路由器象前面一样，由于TTL变为0，将不能转发该包。因此，同第一个路由器一样，将该包丢弃，并返回ICMP 超时报文。以后，收到错误的发送方计算机将TTL 加1，重复同样的工作（同4）。

3.只有目标服务器的反应不同。
如此一个一个增加TTL，某个时候ICMP 回送请求报文将到达最终的目标服务器。这时，只有目标服务器与途中的路由器不同，不返回ICMP 超时报文。为什么呢？因为即使目标服务器收到TTL 为1 的数据包也不会发生错误。
作为代替处理，服务器针对送信方计算机发出的ICMP 回送请求报文，返回ICMP 回送回答报文。也就是，送信方计算机与服务器之间，与ping 命令的执行一样了（同5）。得到了ICMP 回送回答报文的送信方知道了路经调查已经到了目标服务器，就结束了tracert 命令的执行（同6）。像这样，通过列出中途路由器返回的错误，就能知道构成到目标服务器路径的所有路由器的信息了。

4.操作系统不同则实现方法略微不同。
到这里，以Windows 上的tracert 命令为例看了原理，有些别的操作系统的traceroute 命令的原理略微不同。
具体来说，也有用向目标发送UDP 数据包代替ICMP 回送请求报文来实现的。虽说是用UDP，但途中的路由器的处理与図 8完全相同。只是UDP 数据包到达目标后的处理不同。目标计算机突然收到与通信无关的数据包，就返回ICMP 错误，因此根据返回数据包的内容来判断命令的中止。

注：此博客用于个人总结复习，大幅摘自别人的博客，非原创。
参考
1.https://blog.csdn.net/baidu_37964071/article/details/80514340
２.https://www.cnblogs.com/iiiiher/p/8513748.html

标签：协议,浅谈,IP,报文,ping,回送,ICMP,数据包
来源： https://blog.csdn.net/Ann0827/article/details/99679787