ICMP 协议

精选转载

lingqing114 2009-03-27 12:31:03 博主文章分类：linux

在整个 TCP/IP 协定家族中，对 “使用者” 来说，ICMP 恐怕是易忽略的协定了。关于前面所讨论的协定，真要能发挥工作的前提条件是：“假设一切都没问题”。然而，在当今如此复杂的网路环境中，前述条件恐怕是没办法保证的：设定可能有误、线路有可能会断、设备可能挂点、router 可能负载太高等等状况，都是我们没办法确保的。那么，我们必需有一套机制来侦测或通知各种各样可能发生的状况，这就是 ICMP 协定的目的了。之所以说 ICMP 最容易被忽略，是因为，大部份的情况下，ICMP 只给底层的网路设备参考且被解决了。真要劳架使用者执行的话，恐怕不多，最具代表的，算是 ping 与 traceroute 这两个工具了。下面，让我们一起揭开 ICMP 的神秘面纱...
　　ICMP 协定之内容
　　ICMP 的全称是 Internet Control Message Protocol 。从技术教度来说，ICMP 就是一个 "错误侦测与回报机制"，其目的就是让我们能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性﹐其功能主要有：
　　· 侦测远端主机是否存在。
　　· 建立及维护路由资料。
　　· 重导资料传送路径。
　　· 资料流量控制。
　　ICMP 在沟通之中，主要是透过不同的类别( Type )与代码( Code ) 让机器来识别不同的连线状况。常用的类别如下表所列：

　　　
　　ICMP 是个非常有用的协定﹐尤其是当我们要对网路连接状况进行判断的时候。下面让我们看看常用的 ICMP 实例，以更好了解 ICMP 的功能与作用。
　　关于 PING
　　当关于这个命令应该很多人都用过了吧﹖它就是用来测试两台主机是否能够顺利连线的最简单的工具：

　　　
　　在 Linux 使用 ping 命令﹐如果您不使用 -c N 参数来指定送出多少个 ICMP 封包的话﹐ping 命令会一直持续下去﹐直到您按 Ctrl + C 为止。从上面的命令结果我们可以确定连线是否成功之外﹐还可以根据它的 time 来判断当前的连线速度﹐数值越低速度越快﹔在命令结束的两行﹐还有一个总结﹐如果发现您的 packet loss 很严重的话﹐那就要检察您的线路品质﹐或是上游的服务品质了﹔最后一行是 round-trip (来回)时间的最小值﹑平均值﹑最大值﹐它们的时间单位都是微秒 (ms)。如果运用得当﹐ping 可以帮我们判断出许多状况。例如﹐我们要看一下跟远方的机器是否连接得上﹐先可以 ping 一下对方的机器名称﹔如果连接不上的话﹐我们可以 ping 对方的 ip ﹐如果 ip 可以 ping 得到﹐那么﹐很可能是 dns 不工作了﹔那么我们可以检查本身主机的 dns 伺服器是否指定正确、以及 dns 伺服器是否设定正确。如果连 IP 都 ping 不了﹐那么﹐很可能是 IP 设定的问题了﹐也可能是网路的连线问题。检查的步骤也有很多种﹐下面是方法之一：
　　1. ping 对方的 router (如过您知道其位址的话)﹐假如 ping 得上﹐那可能是对方机器和其相连网路的问题﹔
　　2. 如果 ping 不到对方的 router ﹐那么可以 ping 自己的 router。如果 ping 得上﹐那么好可能是 router 和 router 之间的问题﹔
　　3. 如果自己的 router 也 ping 不到﹐那么可能是自己的机器和 router 之间的问题﹐我们可以 ping 一下自己的 IP 。如果自己的 IP 可以 ping 得到﹐那么﹐可能是连线的问题﹐我们可以检查一下网线、hub、等设备﹐看看有没有损毁的状况。
　　4. 同时﹐我们也可以 pin g一下网路上面其它的机器﹐也可以用其它机器 ping 一下 router ﹐来判别一下问题来自自己机器、还是网路、还是 router、等等。
　　5. 如果自己的 IP 都 ping 不到﹐那么可能是网路卡坏掉了或没有正确设定﹐可以看看设备资源有没有冲突﹐也可以看看设备有没有被系统启动。
　　6. 如果看来都没问题﹐那么可以 ping 一下回圈位址 127.0.0.1 ﹐如果连这个都 ping 不了的话﹐这台机器的 IP 功能根本就没被启动﹗那么﹐您就要先检查一下网路功能有没有选择、IP 协定有没有被绑定( bind )、等基本网路设定了。
　　从上面的过程中﹐我们不难看出 ping 这个命令真是非常有用的。然而，我们能 ping 一台机器的时候﹐我们就可以确定连线是成功的﹐但如果不能 ping 的话﹐未必是连不上哦。嗯﹖怎么说呢﹖且听我道来﹕使用 ping 命令的时候﹐事实上是送出一个 echo-request( type 8 ) 的 ICMP 封包﹐如果对方的机器能接收到这个请求﹐而且愿意作出回应﹐则送回一个 echo-reply( type 0 ) 的 ICMP 封包﹐当这个回应能顺利抵达的时候﹐那就完成一个 ping 的动作。
　　很显然﹐如果这个 echo-request 不能到达对方的机器﹐或是对方回应的 echo-reply 不能顺利送回来﹐那 ping 就失败。这情形在许多有防火墙的环境中都会碰到﹐如果防火墙随便将 request 和 reply 拦下来就会导致 ping 失败﹐但并不代表其它连线不能建立。另外﹐就算没有防火墙作怪﹐对方也可以将机器设定为不回应任何 echo-request 封包﹐若在 Linux 上，只要用下面命令就可以了：
　　echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all
　　如果您不想别人 ping 您的机器﹐也可以如法泡制。但真的当您需要用 ping 命令来测试网路连线的时候﹐就做不到了。
　　关于 TRACEROUTE
　　除了用 ping 命令来检查连线之外﹐还有另外一个非常厉害的工具我们可以使用的﹐就是 traceroute 命令了(在 windows 上面则称为 tracert 命令)：

　　透过 traceroute 命令﹐我们可以找出通往目的地的所有经过的路由节点﹐并以数字将路由顺序标识出来。若是您觉得回应很慢，那可加上 -n 参数﹐节点名称将会以 IP 位址显示﹐因为不需要进行名称解析﹐回应速度当然会快一些。
　　从上面的 traceroute 结果﹐我们可以看到每一个节点都返回 3 个 round-trip 时间作参考。这样﹐您就能够判断整个连线路由中﹐交通瓶颈所在的位置在哪里。您或许奇怪 traceroute 是如何揪出所有路由节点的呢﹖且听我细说：
　　您是否有留意到 ping 命令的结果有一个 TTL 值﹖通常来说﹐Time To Live 都是以时间为单位的﹐但是在路由上面却是以跳站数目为单位的。为了防止一个封包无限期呆在网路上路由﹐每一个封包都会被赋予一个 TTL 值﹐告诉它最多能经过多少个跳站。当封包被一个路由节点处理之后﹐它原来的 TTL 值就会被扣掉 1 ﹐这样﹐如果封包的 TTL 降到 0 的时候﹐路由器就会丢弃这个封包﹐并且同时向来源地送出一个 time_exceeded( type 11 ) 的 ICMP 封包﹐以告知其封包的命运。
　　聪明的 traceroute 程式设计者正是利用了 ICMP 这个特殊功能﹐来找出每一个路由节点的：
　　1. 首先﹐traceroute 命令会向目标位址送出 UDP 侦测封包(在 Linux 中，可用 -I 改为 ICMP 封包)﹐但将第一个送出的封包之 TTL 设为 1 。这样﹐第一个路由节点在处理这个封包的时候﹐减掉 1 ，并发现 TTL 为 0 ﹐于是就不处理这个封包﹐并同时送回一个 ICMP 封包。这样﹐发送端就知道第一个路由节点在哪里了。
　　2. 当接得到第一个 ICMP 返回的时候﹐程式会检查返回主机是否就是目标主机﹐如果不是﹐则再送出第二个封包﹐但 TTL 比上次增加 1 。
　　3. 这样﹐第一路由节点接到的封包之 TTL 就不是 0 ﹐那么处理完毕后送给下一个节点﹐同时将 TTL 扣除 1 。这样，当下一个站收到这个封包，再扣掉 TTL 为 0 ﹐也会送回 ICMP 封包﹐这样﹐程式就知道第二个路由节点在哪里了。
　　4. 然后重复上一个动作﹐直到找到目标主机为止﹐或是封包的最大 TTL (通常为 30) 都用光为止﹐但您可以用 -m 参数来指定最大的 TTL 值。
　　但是﹐在实作中﹐未必是所有路由设备都会﹑或愿意送回 ICMP 封包的。碰到这样的情况﹐您就会看到第 8 个跳站的情形了(以星号显示)。假如 traceroute 最后的结果一直维持着 * 符号﹐那可能是因为 ICMP 被对方的防火墙拦下来的结果。这样的话﹐您可能无法完成防火墙后的路由追踪了。
　　从上面的例子来观察﹐由第 6 个跳站开始明显降慢下来﹐而根据名称看来﹐应该就是 ISP 连出 backbond 的节点。假如您发现从内部网路到自己的 router 之间的连线都很快﹐过了 router 之后就很慢﹐如果不是专线的线路出现了问题﹐那很可能到了要升级专线的时候了﹐或是这时候刚好碰到有人大量使用频宽﹔假如速度过了 router 连到对方的机房还很快﹐然后就开始降下来﹐那您要好好审查一下当初和 ISP 签订的合约上﹐关于频宽的保证问题是如何说的﹔但如果您发现连线到国外的网站﹐而速度是从进入对方国家之后才降下来的﹐那就没什么办法了。
　　其实 ICMP 协定还有许多实在上面的例子﹐这里不一一介绍了。能灵活运用 ICMP 协定﹐对我们了解和测试网路情况非常有帮助。
　　ICMP 封包格式
　　由于 ICMP 的类别翻多，且各自又有各自的代码，因此，ICMP 并没有一个统一的封包格式以供全部 ICMP 讯息使用，不同的 ICMP 类别分别有不同的封包栏位。以 echo-request 与 echo-reply 为例，它们的 ICMP 封包内容如下：