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ICMP协议图文详解

[日期:2018-09-24] 来源:Linux社区  作者:Linux [字体: ]

一:ICMP简介

1.ICMP全名为(INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL)网络控制消息协议。

2.ICMP属于TCP/IP协议族,工作在网络层(第三层),用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。

3.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。这些控制消息虽然并不传输用户数据,但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

4.ICMP协议与ARP协议不同,ICMP靠IP协议来完成任务,所以ICMP报文中要封装IP头部。它与传输层协议(如TCP和UDP)的目的不同,一般不用来在端系统之间传送数据,不被用户网络程序直接使用,除了想Ping和Tracert这样的诊断程序。

5.ICMP的主要作用是主机探测,路由维护,路由选择,流量控制。

二:ICMP协议

ICMP协议封装在IP协议中,ICMP有很多报文类型,每一个报文类型又各自不相同,所以无法找到一个统一的报文格式来进行说明,但是他们的前四个字节的报文格式是相同的。

1.ICMP常见的报文类型

CMP的报文分为两类,一类是ICMP询问报文,一类是ICMP差错报告报文

2.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。

各字段说明

类型: 占一字节,标识ICMP报文的类型,目前已定义了14种,从类型值来看ICMP报文可以分为两大类。第一类是取值为1~127的差错报文,第2类是取值128以上的信息报文。

代码: 占一字节,标识对应ICMP报文的代码。它与类型字段一起共同标识了ICMP报文的详细类型。

校验和: 这是对包括ICMP报文数据部分在内的整个ICMP数据报的校验和,以检验报文在传输过程中是否出现了差错。其计算方法与在我们介绍IP报头中的校验和计算方法是一样的。

标识: 占两字节,用于标识本ICMP进程,但仅适用于回显请求和应答ICMP报文,对于目标不可达ICMP报文和超时ICMP报文等,该字段的值为0。

3.常见的ICMP报文

相应请求: 我们日常进行的Ping操作中就包括了相应请求(类型字段值为8)和应答(类型字段值为0)ICMP报文。一台主机向一个节点发送一个类型字段值为8的ICMP报文,如果途中没有异常(如果没有被路由丢弃,目标不回应ICMP或者传输失败),则目标返回类型字段值为0的ICMP报文,说明这台主机存在。

目标不可达,源抑制和超时报文: 这三种报文的格式是一样的。目标不可到达报文(类型值为3)在路由器或者主机不能传递数据时使用。例如我们要连接对方一个不存在的系统端口(端口号小于1024)时,将返回类型字段值3、代码字段值为3的ICMP报文。常见的不可到达类型还有网络不可到达(代码字段值为0)、主机不可达到(代码字段值为1)、协议不可到达(代码字段值为2)等等。 

源抑制报文(类型字段值为4,代码字段值为0): 则充当一个控制流量的角色,通知主机减少数据报流量。由于ICMP没有回复传输的报文,所以只要停止该报文,主机就会逐渐恢复传输速率。最后,无连接方式网络的问题就是数据报回丢失,或者长时间在网络游荡而找不到目标,或者拥塞导致主机在规定的时间内无法重组数据报分段,这时就要触发ICMP超时报文的产生。 

超时报文 (类型字段值为11)的代码域有两种取值:代码字段值为0表示传输超时,代码字段值为1表示分段重组超时。

时间戳请求: 时间戳请求报文(类型值字段13)和时间戳应答报文(类型值字段14)用于测试两台主机之间数据报来回一次的传输时间。传输时,主机填充原始时间戳,接受方收到请求后填充接受时间戳后以类型值字段14的报文格式返回,发送方计算这个时间差。有些系统不响应这种报文。

三:ICMP典型运用--ping

ICMP的一个典型应用是Ping。Ping是检测网络连通性的常用工具,同时也能够收集其他相关信息。用户可以在Ping命令中指定不同参数,如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等,设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文,进行Ping测试。

ping命令执行的时候,源主机首先会构建一个ICMP请求数据包,ICMP数据包内包含多个字段。最重要的是两个,第一个是类型字段,对于请求数据包而言该字段为8;另外一个是顺序号,主要用于区分连续ping的时候发出的多个数据包。每发出一个请求数据包,顺序号就会自动加1.为了能够计算往返时间RTT,它会在报文的数据部分插入发送时间。

然后,由ICMP协议将这个数据包连同地址192.168.1.2一起交给IP层,IP层将以192.168.1.2作为目的地址,本机IP地址作为源地址,加上一些其它控制信息,构建一个IP数据包。

接下来,需要加入MAC头。如果在本机ARP映射表中找出IP地址192.168.1.2所对应的MAC地址,则可以直接使用;如果没有,则需要发送ARP协议查询MAC地址,获得MAC地址后,由数据链路层构建一个数据帧,目的地址是IP层传过来的MAC地址,源地址则是本机的MAC地址;还要附加上一些控制信息,依据以太网的介质访问规则,将他们传送出去。

主机B收到这个数据帧后,先检查它的目的MAC地址,并和本机的MAC地址对比,如果符合则接收,否则就丢弃。接收后检查该数据帧,将IP数据包从帧中提取出来,交给本机的IP层。同样IP层检查后,将有用的信息提取后交给ICMP协议。

主机B会构建一个ICMP应答包,应答数据包的类型字段为0,顺序号为接收到的请求数据包中的顺序号,然后再发送出去给主机A。

在规定的时间内,源主机如果没有接到ICMP的应答包,则说明目标主机不可达,如果接收到了ICMP应答包,则说明目标主机可达。

Ping常用的配置参数说明如下:

1. -a source-ip-address指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文的源IP地址。如果不指定源IP地址,将采用出接口的IP地址作为ICMP ECHO-REQUEST报文发送的源地址。

2. -c count指定发送ICMP ECHO-REQUEST报文次数。缺省情况下发送5个ICMP ECHO-REQUEST报文。

3. -h ttl-value指定TTL的值。缺省值是255。

4. -t timeout指定发送完ICMP ECHO-REQUEST后,等待ICMP ECHO-REPLY的超时时间。

Ping命令的输出信息中包括目的地址、ICMP报文长度、序号、TTL值、以及往返时间。序号是包含在Echo回复消息(Type=0)中的可变参数字段,TTL和往返时间包含在消息的IP头中。

四:ICMP的典型运用--Traceroute

ICMP的另一个典型应用是Traceroute。Traceroute基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。为了跟踪到达某特定目的地址的路径,源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后,TTL超时,于是该节点向源端发送TTL超时消息,消息中携带时间戳。然后源端将报文的TTL值设置为2,报文到达第二个节点后超时,该节点同样返回TTL超时消息,以此类推,直到报文到达目的地。这样,源端根据返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点,并根据时间戳信息计算往返时间。Traceroute是检测网络丢包及时延的有效手段,同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路。

Traceroute常用的配置参数说明如下:

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

2. -f first-ttl指定初始TTL。缺省值是1。

3. -m max-ttl指定最大TTL。缺省值是30。

4. -name使能显示每一跳的主机名。

5. -p port指定目的主机的UDP端口号。

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