网络世界中的侦察兵----ICMP

前言

学习了IP协议后，都知道IP协议本身是不提供可靠性保障的，那么数据包在这么复杂的互联网环境中传输，总会遇到问题，如果遇到问题后，被丢弃、无回应，可能作为工程师的我们来说都不知道发生了什么事，更别提普通用户了，所以数据包发送出去如果被丢弃、或者某些原因造成的不可达，需要一种协议来进行通知原因，这个协议就是这篇要讲解的ICMP。

 
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链接：https://docs.qq.com/sheet/DV0xxTmFDRFVoY1dQ?tab=7ulgil

ICMP有啥功能

ICMP全称叫做Internet Control Message Protocol （互联网控制报文协议），主要功能用于确认IP包是否成功抵达目的地、如果中途出现意外，进行报告通知发送者，好让维护人员根据原因得到解决办法。比如IP数据包由于某种原因未能抵达目的地，由于什么原因导致的由ICMP负责通知，这也我们在实际中排错跟测试最常用到的一个协议。

（1）ICMP包格式

1、类型：表示ICMP报文的种类，ICMP的类型有很多

2、代码：在同一个类型中可能有多个组合，用代码来详细区分

3、校验和：校验ICMP的包是否有错误

4、根据类型和代码组合最终的数据内容。

ICMP类型字段，主要分为两大类

一类用于诊断的查询报文【查询报文类型】，上一篇我们用的Ping工具就是属于查询类型
一类是通知出错的原因【差错报文类型】，这个排错中非常有用

由于类型比较多，这里了解几个实际中经常用到的ICMP类型。

查询报文类型

回送消息主要用于通信的主机或者网络设备之间，用于判断所发送的数据包是否成功抵达对方的一种消息，我们上一篇用到Ping命令就是使用的这个消息来实现，这里来详细了解下Ping的原理。

用模拟器搭建一个这样的环境（已经用过几次了，这个基本的连线，拖设备应该都会了哈），然后各个PC设置好地址，接入到交换机，全部启动。

开启对应的抓包，来看看icmp的报文的内容

使用PC1去ping一下PC2。

通过过滤只看ICMP的包，发现总共有10个，5个Request ，5个Replay，先来关键字段的内容。

Type（类型）：Request为8，replay为0，经常有面试问到，ICMP的 ECHO Request与ECHO Replay的Type是多少。
Code（代码）：固定为0
Identifier（标识符）：不同的操作系统标识不太一样，作用就是用于区分是哪个进程发送的，比如我同时开了2个窗口Ping不同的地址，那就需要进行区分，否则混乱了，导致结果不一样。（上面查看的是1与2的包，会发现，标识符是一样的，因为去的时候是这个标识符，回来的也是这个，发送方就知道这个是哪个进程发送出去的了，在把结果回显到对应的程序窗口里面）
Sequence（序号）：序号默认从0或者1开始（不同操作系统不太一样），它的作用是每发送一次新的请求就加1，回应这个请求的序列为相同，这样可以用来确认数据包是否有丢失的情况，比如发送的请求了2个请求，序号为1跟2，但是回应只收到了2，那么对应的1就表示丢失了（这个丢弃会在对应的程序窗口中显示代码原因，原因有多种，这个在后续会慢慢遇到）
DATA（数据）：默认发送32个字节，里面为ICMP实际的内容，一串数据，但是里面包含了一个重要的信息，往返的时间，这个就非常重要，为什么说Ping能够帮助我们测试网络是否稳定，就是因为这个往返时间，这个时间能够表示当前网络环境是否稳定，良好。（比如Ping网关往返时间1分钟，那显然就不正常了，说明这个网络存在问题）

模拟器中PC存在一个小问题，发送的ping是独立的，等于一个包一个独立的标识符，所以抓包看到的有5个不同的标识符，但是在Windows系统里面，一个窗口进程Ping的话，都是相同的标识符的

大家有兴趣的话可以自己电脑用wireshark抓取网卡，然后Ping下看看，上图是博主ping百度，抓包得到的，可以看出来id都是为0x0001，序列号每一组（去跟回都是相同的，每发出一个+1），从窗口回显的内容中还可以得到几个有用的信息

时间：看图显示的时间在31~33ms（毫秒），也就是从我的电脑发出，抵达百度服务器，在从百度服务器返回到我电脑总共花费的时间，这个数值越大，表示时间越长，网络质量不好。
TTL：这个在IP头部字段里面已经了解过了，不同的操作系统默认值不太一样，这里TTL为54，跟64接近，可以判断出百度的服务器的TTL为64（有可能为一台Linux服务器），从TTL也能表示出从我这到百度服务器中间经过了10个三层的网络设备，因为TTL在经过一个三层设备的时候会减1。
Ping程序使用的ICMP里面的Echo Request（类型8）和Echo Replay（类型为0）

博主经验分享：这个时间怎么去根据数值来判断当前网络的好坏呢？

有线网络：通常有线网络在Ping网关的时候，时间值=正常在1~3ms的范围，在Ping互联网的时候（比如百度、163等服务器），时间值=正常在10~80ms的范围（偏远地区测试的结果相对会高些，这个属于正常范围，比如江苏地区的Ping taobao的服务器，可能值就在10多ms，但是新疆地区Ping taobao服务器，可能值就在60~80ms的范围了）
无线网络：无线网络测试的话，由于干扰因素比较多，所以相对有线来说值不太一样，Ping内网的话，在干扰较少的情况下通常是1~10多ms范围，偶尔有一个大的值出现，这个属于正常，对于外网的话，通常是10~100ms，偶然一个大的值出现也属于正常。

如果说一个网络中，使用有线网络去测试Ping内网的网关在几十、几百ms那说明这个网络存在问题，就需要去解决了，通常我们把这个时间也叫做延时。

差错报文类型：（介绍相对比较重要的）目标不可达消息（类型为3）、超时消息（类型为11），这些在排错篇会有详细的演示。

（1）目标不可达消息（Destiantion Unreachable Message）类型3

这个在排错中非常有用，所以这里详细介绍下几个常见的类型，在网络中，发送的数据包有可能中途设备由于策略或者路由等问题无法将IP发送给目的地址，这个时候中途处理的设备会给发送者主机返回一个目标不可达的ICMP消息，这个消息中包含了具体的原因，通过ICMP的不同代码字段来表示。所以，最终发送者主机也可以根据这些代码知道不可达的具体原因，然后呈现在程序对应的窗口中回显出来，提供给管理者人员。

网络不可达代码 0

这个不常用，因为这个代码是在IP分为A、B、C类的时候，路由器通过类别来区分网络号，如果路由表中没有，就以ICMP协议，通告网络不可达（NetworkUnreachable）告诉主机，后面打破了网络分类后，这个代码就很少见了。

主机不可达代码 1

当一个数据包经过三层设备时，通过查询路由表中发现没有该主机的信息（或者主机没有连接到网络），那么会通过ICMP协议，通告主机不可达（HostUnreachable）告诉主机原因。

协议不可达代码 2

某个终端使用TCP协议访问对端主机时，数据包已经抵达目的端了，但是由于目的主机的防火墙禁止了该TCP协议的访问，则目标主机会以ICMP协议，通告协议不可达的原因告诉发送者。

端口不可达代码 3

某个终端访问对端主机的9999端口号访问时，数据包已经抵达目的端了，防火墙也没有限制，但是可能对端主机没有开启对应端口号的服务，所以进程没有去监听这个9999端口号，那么该主机会通过ICMP协议，通告端口不可达来告诉发送者原因。

需要分片，但设置了不分片位代码4

某个终端发送了一个IP数据包，将IP位的分片DF位变成1，如果数据包超过了中途设备能够传输的大小时，由于标志位置一，不能处理则直接丢弃，并且通过ICMP协议通告一个不可达消息类型，代码为4，告诉发送终端。

上面这些就是在实际中经常会遇到的一些报错，可以通过这些代码进行区分，可能目前看着有点不太明白，这个没事，在后续的内容中会多次遇到，当遇到后，我会在提及，这样印象会更加深刻。

（2）超时消息（ICMP Time exceeded Message）--类型11

在学习IP协议字段的时候，其中一个字段叫做TTL（Time to Live，生存周期），它的值经过一个三层设备就会减1，直到变成0后被丢弃，丢弃的设备会发送一个ICMP超时消息来通知主机，告知该包已经被丢弃。

这个实验有电脑的都可以操作，在CMD里面，ping www.baidu.com -i 1，这个的意思是访问百度TTL设置成1，中间就被丢弃了，因为TTL经过一个三层设备会减去1，这里为1，过了一台就变成0了，可以看到这个值是192.168.255.254返回告诉TTL 传输中过期，这个就是ICMP的超时消息，只是电脑的进程收到以后，把结果回显在了窗口里面。

（3）traceroute

在ICMP中除了Ping程序以外，还有一个程序使用率非常频繁，就是traceroute（Linux中是这个命令，在wind中叫做tracert，不同网络设备厂家上面也有点差异），那这个有什么作用呢？

探测经过了哪些设备，记录下地址。

比如博主这台电脑，通过本地抵达百度服务器中间经过的所有设备的IP，这个在实际用处很大，比如A去往B不通，通过tracerroute看是不是走的对应的路径，有可能由于中间设备配置错误，导致它走了其他的线路出去了，这样就判断出来问题了。

它的原理就是利用IP包的生存期限，如上面主机tracertwww.baidu.com的时候主机会发送一个UDP的报文，目标端口号为高端口号（3000以上），并且把IP头部的TTL值改成1，遇到第一个网络设备的时候，变为0了，就会被丢弃，第一个网络设备会返回一个ICMP差错报文，类型是时间超时，比如图上的192.168.255.254就是出口的路由器，这样发送主机就得到了第一台设备的IP地址（入口的）

接下来主机继续发送TTL=2的数据包，这样在经过第二个三层设备的时候就会被丢弃，同时也会返回ICMP的差错报文，主机就知道了第二个路由器的地址，如图上的192.168.1.1，如此的重复，直到到达目的主机。

在图上会发现有请求超时的，这就是中途设备为了安全性关闭了ICMP报文的差错返回信息，这样就得不到信息了。

那么UDP的报文是干嘛用的呢，TTL值已经能够获取到中间设备的地址信息了，这个数据包最终是会抵达目的主机的，当目标主机收到这个UDP的包时，由于自己没有对应的服务，会返回一个端口不可达的ICMP差错报文信息，所以当发送者收到一个端口不可达这样的差错报文时，就知道这个数据包已经抵达目的主机了，否则发送方无法判断是否抵达了目的主机，会一直发送这个包，这样就失去了该功能的作用了。