摘要：協(xié)議全稱，指互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議。對的主動請求，進行網(wǎng)絡抓包，稱為。小兵報告，大帥，送給張將軍的糧草沒有送到。接收后檢查數(shù)據(jù)幀，將數(shù)據(jù)包從幀中提取處理，交給本機的層。檢查完成后，提取有用的信息交給協(xié)議。

????日常開發(fā)中，我們經(jīng)常會碰到查詢網(wǎng)絡是否暢通以及域名對應 IP 地址等小需求，這時候用的最多的應該就是 ping 命令了。 那你知道 ping 命令是怎么工作的嗎？今天，我們就來一起認識下 ping 命令及其對應的 ICMP 協(xié)議。

????ICMP 全稱 Internet Control Message Protocol，指互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議。

????網(wǎng)絡本身是不可靠的，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中，可能會發(fā)生很多突發(fā)事件并導致數(shù)據(jù)傳輸失敗。而網(wǎng)絡層的 IP 協(xié)議是一個無連接的協(xié)議，它不會處理網(wǎng)絡層的故障，因此，我們需要其它的協(xié)議，在數(shù)據(jù)包傳輸出現(xiàn)故障時，能將故障信息傳回來，這樣才能對應處理相關問題。

????就像在電視劇里看到的古代戰(zhàn)爭一樣，打仗的時候需要通過斥候來傳遞戰(zhàn)局情況，進而更好的控制戰(zhàn)局。而 ICMP 報文在網(wǎng)絡世界中就充當“斥候”這樣的角色。

????ICMP 報文是封裝在 IP 包里面的。因為傳輸指令的時候，肯定需要源地址和目標地址。它本身格式非常簡單，如下圖：

????ICMP 報文有很多的類型，不同的類型有不同的代碼，最常用的類型是主動請求，代碼為 8，主動請求的應答，代碼為 0。從大的方面看可以分為 查詢報文類型和差錯報文類型。

????我們經(jīng)常在電視劇里聽到這樣的話：來人，前方戰(zhàn)事如何？斥候回來沒？一有情況，立刻通報。

????類似這種主帥發(fā)起，主動查看敵情的情況，就對應著 ICMP的查詢報文類型。例如，常見的 ping 命令就是查詢報文，是一種主動請求，并且獲得主動應答的 ICMP 協(xié)議。因此，ping 命令發(fā)出的包也是符合 ICMP 協(xié)議格式的，只不過它在后面增加了自己的格式。

????對 ping 的主動請求，進行網(wǎng)絡抓包，稱為 ICMP ECHO REQUEST。同理，主動請求的回復，稱為ICMP ECHO REPLY。比起原生的 ICMP，這里面多了兩個字段，一個是標識符，另一個是序號。這不難理解，大帥派出去兩隊斥候，一隊是找誰要的，一隊是偵查戰(zhàn)況的，要有個標識才能區(qū)分。

????另一方面，派出去的斥候，都要編個號。如果派出去 10 個，回來 10 個，就說明前方戰(zhàn)況不錯。如果派出去 10 個，回來 2 個，就說明情況可能不妙。

????在選項數(shù)據(jù)中，ping 還會存放發(fā)送請求的時間值，來計算往返時間，說明路程的長短。

????差錯報文主要是用來將發(fā)送的出錯報文相關信息返回到源設備，以供源設備確定如果更好的重發(fā)失敗的數(shù)據(jù)包。

????還是拿我們的“大帥”舉例。

????當主帥正在大帳中看地圖，思考戰(zhàn)事時，外面的小兵突然喊到：大帥，不好啦，張將軍遭遇埋伏，全軍覆沒了。

????這種是異常情況發(fā)起的，來報告發(fā)生了不好的事情，對應 ICMP 的差錯報文。

????差錯報文有以下常用的類型：

3：終點不可達

4：源抑制

5：重定向

11：超時

????第一種情況終點不可達。小兵報告，大帥，送給張將軍的糧草沒有送到。

????那大帥肯定會問，為啥沒有送到？這就對應 ICMP 中的以下代碼了。

網(wǎng)絡不可達代碼：0

主機不可達代碼：1

協(xié)議不可達：2

端口不可達：3

需要進行分片但設置了不分片：4

????具體的場景就像這樣：

網(wǎng)絡不可達：大帥，找不到地方

主機不可達：大帥，找到地方，沒找到張將軍

協(xié)議不可達：大帥，找到地方，也找到人了，但是口令沒對上。

端口不可達：大帥，找到地方，找到了人，也對上了口令，但事情沒對上。我去送糧草，人家說在等救兵。

需要進行分片但設置不分片：大帥，走到一半，山路狹窄，想換瞎扯，但是出發(fā)前你下令嚴禁換小車，就沒辦法送到了。

????第二種是源站抑制。也就是讓源站放慢發(fā)送速度（小兵：大帥，糧草送的太多了吃不完，你可以慢點送）。

????第三種是時間超時。也就是超過網(wǎng)絡包的生存時間還是沒到目的地（大帥，送糧草的人都把糧食吃完了，還沒到地方，已經(jīng)餓死了）。

????第四種是路由重定向。也就是下次發(fā)給另一個路由器（大帥，上次送糧草的人本來只要走大王村，一公里就到了，結果非要繞道張家界，多了五公里，下次記得走大王村）。

????差錯報文的結構相對復雜一些。除了前面還是 IP，ICMP 的前 8 個字節(jié)不變，后面則跟上出錯的那個 IP 包的 IP 頭和 IP 正文的前 8 個字節(jié)。

????而且這類斥候特別盡責，不但字節(jié)返回來報信，還把一部分遺物帶回來。

斥候：大帥，張將軍已經(jīng)戰(zhàn)死沙場，這是他的印信和佩劍。

大帥：張將軍是怎么死的（可以查看 ICMP 的前 8 字節(jié)）？沒錯，這是張將軍的劍（IP 數(shù)據(jù)包的頭及正文前 8 字節(jié)）。

????接下來，我們重點來看 ping 命令的發(fā)送和接收過程。

????假定主機 A 的 IP 地址是 192.168.1.1，主機 B 的 IP 地址是 192.168.1.2，它們都在同一個子網(wǎng)。那么，當在主機 A 上運行“ping 192.168.1.2” 后，會發(fā)生什么呢？

源主機構建 ICMP 請求數(shù)據(jù)包。這個數(shù)據(jù)包內包含多個字段。最重要的有兩個，一個是類型字段，對應請求數(shù)據(jù)包而言，該字段為 8。另一個是順序號，主要用于區(qū)分連續(xù) ping 的時候發(fā)出的多個數(shù)據(jù)包。每發(fā)出一個請求數(shù)據(jù)包，順序號會自動加 1.為了能夠計算往返時間 RTT，它會在報文的數(shù)據(jù)部分插入發(fā)送時間。

IP 層構建 IP 數(shù)據(jù)包。ICMP 協(xié)議將數(shù)據(jù)包連同目標 IP 一起交給 IP 層，IP 層將以 192.168.1.2 作為目的地址，本機 IP 地址作為源地址，加上其他控制信息，構建一個 IP 數(shù)據(jù)包。

加入 MAC 頭。找到 192.168.1.2 對應的 MAC 地址，附加上一些控制信息，依據(jù)以太網(wǎng)的介質訪問規(guī)則，將它們傳送出去。

????主機 B 收到數(shù)據(jù)幀后，會進行如下步驟：

檢查 MAC 地址，丟棄或接收數(shù)據(jù)幀，提取 IP 數(shù)據(jù)包。檢查數(shù)據(jù)包目的 MAC 地址，并與本機 MAC 地址對比。如符合，就接收數(shù)據(jù)幀，否則就丟棄。接收后檢查數(shù)據(jù)幀，將 IP 數(shù)據(jù)包從幀中提取處理，交給本機的 IP 層。

IP 層檢查IP。檢查完成后，提取有用的信息交給 ICMP 協(xié)議。

構建 ICMP 應答包。應答數(shù)據(jù)包的類型字段為 0，順序號為接收到的請求數(shù)據(jù)包中的順序號。

將應答數(shù)據(jù)包發(fā)給主機 A。

????在規(guī)定的時間內，源主機如果沒有接到 ICMP 的應答包，則說明目標主機不可達。

????如果接收到了應打包，則說明目標主機可達。此時，源主機會檢測時間延遲。就是用當前時刻減該數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)出去的時刻。

????當然，這只是最簡單的，同個局域網(wǎng)的情況。如果跨網(wǎng)段的話，還會涉及網(wǎng)關的轉發(fā)、路由器的轉發(fā)等。

????可以看出，ping 命令是使用了 ICMP 里面的 ECHO REQUEST 和 ECHO REPLY 類型。

????那其它類型呢？是不是只有真正遇到錯誤的時候，才能收到？答案是否定的。有一個 Traceroute 命令，它會使用 ICMP 的規(guī)則，故意制造一些能夠產(chǎn)生錯誤的場景。

????Traceroute 命令有兩個比較常用的功能。

????第一個功能：

????通過設置特殊的 TTL，追蹤去往目的地時經(jīng)過的路由器

????Traceroute 的參數(shù)執(zhí)行某個目的 IP 地址，會發(fā)送一個 UDP 的數(shù)據(jù)包。

????將 TTL 設置成 1 時，表示這個數(shù)據(jù)包的 MP 為 1，碰到第一個“攔路虎”（通常是路由器或一個其它類型的關卡）就會陣亡了，然后就會返回一個 ICMP 包，這個包就是 網(wǎng)絡差錯包，類型是時間超時。

????通過差錯包，我們就能得到數(shù)據(jù)包到第一個關卡時花費的時間及其每個關卡的 IP 地址（有的主機不會響應 ICMP，所以會出現(xiàn)請求時全是 * 的情況）。

????那怎么知道 UDP 有沒有到達目的主機呢？Traceroute 程序會發(fā)送一份 UDP 數(shù)據(jù)包給目的主機，但它會選擇一個不可能的值作為 UDP 端口號（大于30000）。當該數(shù)據(jù)報到達目的主機時，由于找不到對應端口號，所以會返回一個“端口不可達”的錯誤報文。這樣，我們就知道 UDP 是否到達主機了。

????第二個功能：

????設置數(shù)據(jù)包不分片，確定路徑的 MTU

????發(fā)送分組，并設置“不分片”標志。發(fā)送的第一個分組的長度正好與出口的 MTU 相等。如果中間遇到窄的關卡就會被卡主，返回 ICMP 網(wǎng)絡差錯包，類型是“需要進行分片但設置了不分片”。就這樣，每次收到ICMP“不能分片”差錯時就減小分組的長度，從而確定整個路徑中的 MTU。

ICMP 相當于網(wǎng)絡世界的偵察兵。常用的有兩種類型，主動探查的查詢報文和異常報告的差錯報文。

ping 命令使用查詢報文，Traceroute 命令使用差錯報文。

參考：

劉超-趣談網(wǎng)絡協(xié)議系列課；