ICMP

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 协议套件的一个重要组成部分，它主要用于诊断和报告网络中的错误和某些特定条件。

首部

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）
   • 网络中出现拥塞，请发送主机放慢发送数据包的速度。
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。

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。

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：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。

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 数据包（或 ICMP Echo Request，取决于实现），从 TTL=1 开始，每次递增 1。 每台路由器在转发数据包时将 TTL 减 1。当 TTL 减为 0 时，路由器丢弃数据包并返回一个 ICMP Time Exceeded 消息（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。