icmp协议协议基础详解

　　 什么是ICMP协议

　　ICMP全称Internet Control Message Protocol（网际控制信息协议）

　　提起ICMP，一些人可能会感到陌生，实际上，ICMP与我们息息相关。在网络体系结构的各层次中，都需要控制，而不同的层次有不同的分工和控制内容，IP层的控制功能是最复杂的，主要负责差错控制、拥塞控制等，任何控制都是建立在信息的基础之上的，在基于IP数据报的网络体系中，网关必须自己处理数据报的传输工作，而IP协议自身没有内在机制来获取差错信息并处理。为了处理这些错误，TCP/IP设计了ICMP协议，当某个网关发现传输错误时，立即向信源主机发送ICMP报文，报告出错信息，让信源主机采取相应处理措施，它是一种差错和控制报文协议，不仅用于传输差错报文，还传输控制报文。

　　ICMP报文格式

　　ＩC M P所有报文的前4个字节都是一样的，但是剩下的其他字节则互不相同。。

　　类型字段可以有1 5个不同的值，以描述特定类型的I C M P报文。某些I C M P报文还使用代码字段的值来进一步描述不同的条件。

　　表示ICMP头部的数据结构

　　typedefstruct icmp_hdr

　　{ unsigned char icmp_type; //消息类型

　　unsigned char icmp_code; //代码

　　unsigned short icmp_checksum; //校验和

　　unsigned short icmp_id; //ID号

　　unsigned short icmp_sequence; //序列号

　　unsigned long icmp_timestamp; //时间戳

　　} ICMP_HDR，*PICMP_HDR;

　    ICMP报文的类型

　　ICMP 经常被认为是 IP 层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP 报文通常被 IP 层或更高层协议（TCP 或 UDP）使用。ICMP 报文是在 IP 数据报内部传输的。IP 协议是不可靠协议，不能保证 IP 数据报能够成功的到达目的主机，无法进行差错控制，而 ICMP 协议能够协助 IP 协议完成这些功能。下面是 ICMP 报文的数据结构：

　　类型：一个 8 位类型字段，表示 ICMP 数据包类型;

　　代码：一个 8 位代码域，表示指定类型中的一个功能，如果一个类型中只有一种功能，代码域置为 0;

　　检验和：数据包中 ICMP 部分上的一个 16 位检验和;

　　

　　ICMP 差错报文

　　当发送一份差错报文时，报文始终包含 IP 的首部和产生 ICMP 差错报文的 IP 数据报的前 8 位字节。这样，接收 ICMP 差错报文的模块就会把它与某个特定的协议（根据 IP 数据报首部中的协议字段来判断）和用户进程（根据包含在 IP 数据报前 8 个字节中的 TCP 或 UDP 报文首部中的 TCP 或 UDP 端口号来判断）联系起来。

　　下面各种情况不会导致产生 ICMP 差错报文：

　　ICMP 报文差错（ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文）;

　　目的地址是广播地址或多播地址的 IP 数据报;

　　作为链路层广播的数据报;

　　不是 IP 分片的第一片;

　　源地址不是单个主机的数据报，也就是说，源地址不可能是零地址、环回地址、广播地址或多播地址;

　　以下针对 ICMP 差错报文的类型进行分析：

　　1、ICMP 目标不可达消息：IP 路由器无法将 IP 数据报发送给目的地址时，会给发送端主机返回一个目标不可达 ICMP 消息，并在这个消息中显示不可达的具体原因。

　　2、ICMP 重定向消息：如果路由器发现发送端主机使用次优的路径发送数据时，那么它会返回一个 ICMP 重定向消息给这个主机，这个消息包含了最合适的路由信息和源数据。主要发生在路由器持有更好的路由信息的情况下，路由器会通过这个 ICMP 重定向消息给发送端主机一个更合适的发送路由。

　　3、ICMP 超时消息：IP 数据包中有一个字段 TTL（Time to live，生存周期），它的值随着每经过一个路由器就会减 1，直到减到 0 时该 IP 数据包被丢弃。此时，IP 路由器将发送一个 ICMP 超时消息给发送端主机，并通知该包已被丢弃。

　　4、源抑制消息：当 TCP/IP 主机发送数据到另一主机时，如果速度达到路由器或者链路的饱和状态，路由器发出一个 ICMP 源抑制消息。

　　各种类型的I C M P报文如图所示，不同类型由报文中的类型字段和代码字段来共同决定。图中的最后两列表明I C M P报文是一份查询报文还是一份差错报文。因为对I C M P差错报文有时需要作特殊处理，因此我们需要对它们进行区分。例如，在对I C M P差错报文进行响应时，永远不会生成另一份I C M P差错报文（如果没有这个限制规则，可能会遇到一个差错产生另一个差错的情况，而差错再产生差错，这样会无休止地循环下去）。

　　当发送一份I C M P差错报文时，报文始终包含I P的首部和产生I C M P差错报文的I P数据报的前8个字节。这样，接收I C M P差错报文的模块就会把它与某个特定的协议（根据I P数据报首部中的协议字段来判断）和用户进程（根据包含在I P数据报前8个字节中的T C P或U D P报文首部中的T C P或U D P端口号来判断）联系起来。6 。 5节将举例来说明一点。

　　下面各种情况都不会导致产生I C M P差错报文：

　　1） ICMP差错报文（但是，I C M P查询报文可能会产生I C M P差错报文）。

　　2） 目的地址是广播地址或多播地址的I P数据报。

　　3） 作为链路层广播的数据报。

　　4） 不是I P分片的第一片。

　　5） 源地址不是单个主机的数据报。这就是说，源地址不能为零地址、环回地址、广播地

　　址或多播地址。

　　这些规则是为了防止过去允许I C M P差错报文对广播分组响应所带来的广播风暴。

　　下面是几种常见的ICMP报文：

　　1.响应请求

　　我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。

　　2.目标不可到达、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（Type=3）在路由器或主机不能传递数据报时使用，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Type=3、Code=3的ICMP报文，它要告诉我们：“嘿，别连接了，我不在家的！”，常见的不可到达类型还有网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）等。源抑制则充当一个控制流量的角色，它通知主机减少数据报流量，由于ICMP没有恢复传输的报文，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会丢失，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。超时报文的代码域有两种取值：Code=0表示传输超时，Code=1表示重组分段超时。

　　3.时间戳

　　时间戳请求报文（Type=13）和时间戳应答报文（Type=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，接收方收到请求后填充接收时间戳后以Type=14的报文格式返回，发送方计算这个时间差。一些系统不响应这种报文。

　　ICMP 查询报文

　　----ICMP 回送消息：用于进行通信的主机或路由之间，判断发送数据包是否成功到达对端的消息。可以向对端主机发送回送请求消息，也可以接收对端主机回来的回送应答消息。

　　----ICMP 地址掩码消息：主要用于主机或路由想要了解子网掩码的情况。可以向那些主机或路由器发送 ICMP 地址掩码请求消息，然后通过接收 ICMP 地址掩码应答消息获取子网掩码信息。

　　----ICMP 时间戳消息：可以向那些主机或路由器发送 ICMP 时间戳请求消息，然后通过接收 ICMP 时间戳应答消息获取时间信息。

　　Ping 程序

　　Ping 程序利用 ICMP 回显请求报文和回显应答报文（而不用经过传输层）来测试目标主机是否可达。它是一个检查系统连接性的基本诊断工具。

　　ICMP 回显请求和 ICMP 回显应答报文是配合工作的。当源主机向目标主机发送了 ICMP 回显请求数据包后，它期待着目标主机的回答。目标主机在收到一个 ICMP 回显请求数据包后，它会交换源、目的主机的地址，然后将收到的 ICMP 回显请求数据包中的数据部分原封不动地封装在自己的 ICMP 回显应答数据包中，然后发回给发送 ICMP 回显请求的一方。如果校验正确，发送者便认为目标主机的回显服务正常，也即物理连接畅通。

　　例如：在终端上 Ping 下谷歌的地址，神奇的发现谷歌地址既然不用翻墙都能上了，而且丢包率 0%。

　　$ ping www.google.com

　　PING www.google.com （173.194.127.148） 56（84） bytes of data.

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=1 ttl=48 time=11.0 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=2 ttl=48 time=10.8 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=3 ttl=48 time=11.1 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=4 ttl=48 time=10.8 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=5 ttl=48 time=11.1 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=6 ttl=48 time=11.0 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=7 ttl=48 time=10.5 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=8 ttl=48 time=9.96 ms

　　64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net （173.194.127.148）： icmp_req=9 ttl=48 time=10.9 ms

　　^C

　　--- www.google.com ping statistics ---

　　9 packets transmitted， 9 received， 0% packet loss， time 8009ms

　　rtt min/avg/max/mdev = 9.963/10.830/11.123/0.368 ms

　　Traceroute 程序

　　Traceroute 程序主要用来侦测源主机到目的主机之间所经过的路由的情况。

　　Traceroute 使用 ICMP 报文和 IP 首部中的 TTL 字段，它充分利用了 ICMP 超时消息。其原理很简单，开始时发送一个 TTL 字段为 1 的 UDP 数据报，而后每次收到 ICMP 超时萧后，按顺序再发送一个 TTL 字段加 1 的 UDP 数据报，以确定路径中的每个路由器，而每个路由器在丢弃 UDP 数据报时都会返回一个 ICMP 超时报文，而最终到达目的主机后，由于 ICM P选择了一个不可能的值作为 UDP 端口（大于30000）。这样目的主机就会发送一个端口不可达的 ICMP 差错报文。

　   ICMP协议的运用

　　１ ICMP地址掩码请求与应答

　　I C M P地址掩码请求用于无盘系统在引导过程中获取自己的子网掩码。系统广播

　　它的I C M P请求报文（这一过程与无盘系统在引导过程中用R A R P获取I P地址是类似的）。无盘

　　系统获取子网掩码的另一个方法是B O O T P协议。如图

　　I C M P报文中的标识符和序列号字段由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回。

　　这样，发送端就可以把应答与请求进行匹配。

　　我们可以写一个简单的程序（取名为i c m p a d d r m a s k），它发送一份I C M P地址掩码请求报

　　文，然后打印出所有的应答。由于一般是把请求报文发往广播地址，因此这里我们也这样做。

　　目的地址（1 4 0 。 2 5 2 。 1 3 。 6 3）是子网1 4 0 。 2 5 2 。 1 3 。 32的广播地址。

　　sun% icmpaddrmask 140.252.13.63

　　receivedmask = ffffffe0， from 140.252.13.来3自3 本 机

　　receivedmask = ffffffe0， from 140.252.13.来3自5 b s d i

　　receivedmask = ffff0000， from 140.252.13.来3自4 s v r 4

　　在输出中我们首先注意到的是，从s v r 4返回的子网掩码是错的。显然，尽管s v r 4接口

　　已经设置了正确的子网掩码，但是S V R 4还是返回了一个普通的B类地址掩码，就好像子网并

　　不存在一样。

　　svr4% ifconfig emd0

　　emd0:flags=23《UP，BROADCAST，NOTRAILERS》

　　inet140.252.13.34 netmask ffffffe0 broadcast 140.252.13.63

　　S V R 4处理I C M P地址掩码请求过程存在差错。

　　我们用t c p d u m p命令来查看主机b s d i上的情况，输出如图6 - 5所示。我们用- e选项来查看

　　硬件地址。

　　发到广播地址的ICMP地址掩码请求

　　注意，尽管在线路上什么也看不见，但是发送主机s u n也能接收到I C M P应答（带有上面

　　“来自本机”的输出行）。这是广播的一般特性：发送主机也能通过某种内部环回机制收到一份广播报文拷贝。由于术语“广播”的定义是指局域网上的所有主机，因此它必须包括发送主机在内。

　　接下来，b s d i广播应答，而s v r 4却只把应答传给请求主机。通常，应答地址必须是单播地址，除非请求端的源I P地址是0 。 0 。 0 。 0。本例不属于这种情况，因此，把应答发送到广播地址是B S D / 3 8 6的一个内部差错。

　　R F C规定，除非系统是地址掩码的授权代理，否则它不能发送地址掩码应答（为

　　了成为授权代理，它必须进行特殊配置，以发送这些应答。参见附录E）。但是，正如

　　我们从本例中看到的那样，大多数主机在收到请求时都发送一个应答，甚至有一些主

　　机还发送差错的应答。