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ICMP 協(xié)議概述

        ICMP 經(jīng)常被認(rèn)為是 IP 層的一個(gè)組成部分，它傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其他需要注意的信息。ICMP 報(bào)文通常被 IP 層或更高層協(xié)議（TCP 或 UDP）使用。ICMP 報(bào)文是在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)部傳輸?shù)?。IP 協(xié)議是不可靠協(xié)議，不能保證 IP 數(shù)據(jù)報(bào)能夠成功的到達(dá)目的主機(jī)，無(wú)法進(jìn)行差錯(cuò)控制，而 ICMP 協(xié)議能夠協(xié)助 IP 協(xié)議完成這些功能。下面是 ICMP 報(bào)文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

1. 類(lèi)型：一個(gè) 8 位類(lèi)型字段，表示 ICMP 數(shù)據(jù)包類(lèi)型；
2. 代碼：一個(gè) 8 位代碼域，表示指定類(lèi)型中的一個(gè)功能，如果一個(gè)類(lèi)型中只有一種功能，代碼域置為 0；
3. 檢驗(yàn)和：數(shù)據(jù)包中 ICMP 部分上的一個(gè) 16 位檢驗(yàn)和；

ICMP 報(bào)文類(lèi)型

       ICMP 報(bào)文大致可分為兩類(lèi)：差錯(cuò)報(bào)文、查詢(xún)報(bào)文。具體消息類(lèi)型如下表所示：

ICMP 差錯(cuò)報(bào)文

         當(dāng)發(fā)送一份差錯(cuò)報(bào)文時(shí)，報(bào)文始終包含 IP 的首部和產(chǎn)生 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的前 8 位字節(jié)。這樣，接收 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文的模塊就會(huì)把它與某個(gè)特定的協(xié)議（根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部中的協(xié)議字段來(lái)判斷）和用戶(hù)進(jìn)程（根據(jù)包含在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)前 8 個(gè)字節(jié)中的 TCP 或 UDP 報(bào)文首部中的 TCP 或 UDP 端口號(hào)來(lái)判斷）聯(lián)系起來(lái)。

        下面各種情況不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文：

1. ICMP 報(bào)文差錯(cuò)（ICMP查詢(xún)報(bào)文可能會(huì)產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文）；
2. 目的地址是廣播地址或多播地址的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)；
3. 作為鏈路層廣播的數(shù)據(jù)報(bào)；
4. 不是 IP 分片的第一片；
5. 源地址不是單個(gè)主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)，也就是說(shuō)，源地址不可能是零地址、環(huán)回地址、廣播地址或多播地址；

以下針對(duì) ICMP 差錯(cuò)報(bào)文的類(lèi)型進(jìn)行分析：

1. ICMP 目標(biāo)不可達(dá)消息：IP 路由器無(wú)法將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給目的地址時(shí)，會(huì)給發(fā)送端主機(jī)返回一個(gè)目標(biāo)不可達(dá) ICMP 消息，并在這個(gè)消息中顯示不可達(dá)的具體原因。
2. ICMP 重定向消息：如果路由器發(fā)現(xiàn)發(fā)送端主機(jī)使用次優(yōu)的路徑發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，那么它會(huì)返回一個(gè) ICMP 重定向消息給這個(gè)主機(jī)，這個(gè)消息包含了最合適的路由信息和源數(shù)據(jù)。主要發(fā)生在路由器持有更好的路由信息的情況下，路由器會(huì)通過(guò)這個(gè) ICMP 重定向消息給發(fā)送端主機(jī)一個(gè)更合適的發(fā)送路由。
3. ICMP 超時(shí)消息：IP 數(shù)據(jù)包中有一個(gè)字段 TTL（Time to live，生存周期），它的值隨著每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器就會(huì)減 1，直到減到 0 時(shí)該 IP 數(shù)據(jù)包被丟棄。此時(shí)，IP 路由器將發(fā)送一個(gè) ICMP 超時(shí)消息給發(fā)送端主機(jī)，并通知該包已被丟棄。 
4. 源抑制消息：當(dāng) TCP/IP 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到另一主機(jī)時(shí)，如果速度達(dá)到路由器或者鏈路的飽和狀態(tài)，路由器發(fā)出一個(gè) ICMP 源抑制消息。

ICMP 查詢(xún)報(bào)文

----ICMP 回送消息：用于進(jìn)行通信的主機(jī)或路由之間，判斷發(fā)送數(shù)據(jù)包是否成功到達(dá)對(duì)端的消息。可以向?qū)Χ酥鳈C(jī)發(fā)送回送請(qǐng)求消息，也可以接收對(duì)端主機(jī)回來(lái)的回送應(yīng)答消息。

----ICMP 地址掩碼消息：主要用于主機(jī)或路由想要了解子網(wǎng)掩碼的情況?？梢韵蚰切┲鳈C(jī)或路由器發(fā)送 ICMP 地址掩碼請(qǐng)求消息，然后通過(guò)接收 ICMP 地址掩碼應(yīng)答消息獲取子網(wǎng)掩碼信息。

----ICMP 時(shí)間戳消息：可以向那些主機(jī)或路由器發(fā)送 ICMP 時(shí)間戳請(qǐng)求消息，然后通過(guò)接收 ICMP 時(shí)間戳應(yīng)答消息獲取時(shí)間信息。

Ping 程序

         Ping 程序利用 ICMP 回顯請(qǐng)求報(bào)文和回顯應(yīng)答報(bào)文（而不用經(jīng)過(guò)傳輸層）來(lái)測(cè)試目標(biāo)主機(jī)是否可達(dá)。它是一個(gè)檢查系統(tǒng)連接性的基本診斷工具。

        ICMP 回顯請(qǐng)求和 ICMP 回顯應(yīng)答報(bào)文是配合工作的。當(dāng)源主機(jī)向目標(biāo)主機(jī)發(fā)送了 ICMP 回顯請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后，它期待著目標(biāo)主機(jī)的回答。目標(biāo)主機(jī)在收到一個(gè) ICMP 回顯請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后，它會(huì)交換源、目的主機(jī)的地址，然后將收到的 ICMP 回顯請(qǐng)求數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)部分原封不動(dòng)地封裝在自己的 ICMP 回顯應(yīng)答數(shù)據(jù)包中，然后發(fā)回給發(fā)送 ICMP 回顯請(qǐng)求的一方。如果校驗(yàn)正確，發(fā)送者便認(rèn)為目標(biāo)主機(jī)的回顯服務(wù)正常，也即物理連接暢通。

        例如：在終端上 Ping 下谷歌的地址，神奇的發(fā)現(xiàn)谷歌地址既然不用翻墻都能上了，而且丟包率 0%。

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1. $ ping www.google.com  
2. PING www.google.com (173.194.127.148) 56(84) bytes of data.  
3. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=1 ttl=48 time=11.0 ms  
4. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=2 ttl=48 time=10.8 ms  
5. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=3 ttl=48 time=11.1 ms  
6. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=4 ttl=48 time=10.8 ms  
7. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=5 ttl=48 time=11.1 ms  
8. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=6 ttl=48 time=11.0 ms  
9. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=7 ttl=48 time=10.5 ms  
10. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=8 ttl=48 time=9.96 ms  
11. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=9 ttl=48 time=10.9 ms  
12. ^C  
13. --- www.google.com ping statistics ---  
14. 9 packets transmitted, 9 received, 0% packet loss, time 8009ms  
15. rtt min/avg/max/mdev = 9.963/10.830/11.123/0.368 ms  

Traceroute 程序

        Traceroute 程序主要用來(lái)偵測(cè)源主機(jī)到目的主機(jī)之間所經(jīng)過(guò)的路由的情況。

        Traceroute 使用 ICMP 報(bào)文和 IP 首部中的 TTL 字段，它充分利用了 ICMP 超時(shí)消息。其原理很簡(jiǎn)單，開(kāi)始時(shí)發(fā)送一個(gè) TTL 字段為 1 的 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)，而后每次收到 ICMP 超時(shí)蕭后，按順序再發(fā)送一個(gè) TTL 字段加 1 的 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)，以確定路徑中的每個(gè)路由器，而每個(gè)路由器在丟棄 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)都會(huì)返回一個(gè) ICMP 超時(shí)報(bào)文，而最終到達(dá)目的主機(jī)后，由于 ICM P選擇了一個(gè)不可能的值作為 UDP 端口（大于30000）。這樣目的主機(jī)就會(huì)發(fā)送一個(gè)端口不可達(dá)的 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文。

參考資料：

《TCP/IP 詳解》

《圖解 TCP/IP》

《ICMP協(xié)議、Ping、Traceroute》