PING命令与ICMP协议

时间：2022-12-05 05:05:52

概述

不管是开发中，还是电脑日常使用，常常遇到网络不通的问题。这时你就会习惯性的使用一个命令ping，查看问题出在哪里，那它是如何工作的哪？

ICMP协议

ICMP就是互联网控制报文协议，网络包在复杂的网络环境传输时，常常遇到各种各样的问题。当遇到问题的时候，总不能让这个网络包死的不明不白，要传出消息来，报个情况，是怎么死的，为什么死的，这样才可以调整传输的策略。所以ICMP的功能主要有两种，确认IP包是否成功到底目标地址，通知在发送过程中IP被丢弃的原因。

PING命令与ICMP协议

ICMP报文是封装在IP包里的，一个ICMP报文包括IP报头，ICMP报头和ICMP报文，若IP报头中的协议字段为1时，说明是一个ICMP报文。

类型：占一个字节，标识ICMP报文的类型，不同类型有不同的代码，它有分为两大类，一类为差错报文，一类为查询报文。

代码：与类型字段一起标识ICMP报文的详细类型。

校验和：检验报文在传输过程中是否出现差错，和IP报头中的校验和是一样的。

查询报文类型

ping就是查询报文，一种主动的请求，并且获得主动应答的ICMP协议。ping发起请求命令，会发送一个ICMP Echo Request给对端，请求得到回复，就叫ICMP Echo Reply，它对比原生的ICMP，多了两个字段，一个是标识符，一个是序号。并且ping命令会统计响应时间和TTL（生存周期）来计算往还时间，说明路程的长短。

假定我们在一个子网内，主机A的IP为192.168.6.1，主机B的IP为192.168.6.2,。在主机A运行ping 192.168.6.2

  1. ping命令执行的时候，源主机会构建一个ICMP请求的数据包。里头有两个重要的字段，就是我们前面说的标识符和序号，对于请求数据包而言该字段的类型为8（回送请求），另一个就是顺序号，区分连续ping的时候发出的多个数据包，每发出一个请求数据包，顺序号会自动加1，并且会在报文的数据部分插入发送时间。
  2. ICMP协议将这个数据包连同192.168.6.2交给IP层，IP层将会以192.168.6.2作为目标地址，本机IP地址作为源地址，还有一些控制信息构建为一个IP数据包
  3. 加入MAC头，先判断一下是不是在一个子网内，如果是就在ARP映射表中查找IP地址192.168.6.2对应的MAC地址，则可以直接使用。如果没有，就要发送ARP协议查询MAC地址，获取MAC地址后。构建一个数据帧在附加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将数据包发送出去。
  4. 192.168.6.2收到这个数据帧后，检查下MAC目标地址，和本机的MAC地址对比，符合就接收，不符丢弃。检查该数据帧，将IP数据包从帧中提取出来，交给本机IP层，IP层检查完后，有用信息提取后交给ICMP协议。
  5. 192.168.6.2收到后，会构建一个ICMP应答包，应答的类型字段为0，顺序号为接收到的请求包的序号，发给主机192.168.6.1
  6. 在规定时限内，源主机也就是192.168.6.1没有接到ICMP的应答包，就说明目标主机不可达，如果接收到ICM应答包，则说明目标主机可达。然后检查当前时刻减去该数据最初从源主机发出的时刻，也就是ICMP数据包的时间延迟。

注意：有很多中间设备都是禁止ping的，并不是说网络不通。这个时候我们就要使用其他协议来检查网络是否通畅，如telnet等

差错报文类型

这是ICMP协议的另一个报文种类，差错报文中常用的类型主要有5种。终点不可达，端口不可达，源点抑制，超时，参数问题，改变路由

  1. 假定主机A给主机B发送一个邮件，网络传输中要经过很多台路由器，若R1接到邮件后，发生了故障，不知道下一步该发给哪个路由设备或那台主机设备，这封邮件也就没法到达主机B，这时路由R1就会把数据包丢弃并向主机A发回一个终点不可达的数据报文。这时数据报文，类型标号为3，表示是不可达的错误类型。
  2. 目标系统收到一个IP数据报某个服务请求时，本地没有此服务，会向源头返回ICMP端口不可达信息。
  3. 假定主机A给主机B发送一个视频，主机A传输非常快，主机B接收慢的话，可能导致数据都拥塞在某一台设备上，这台设备解决不了拥塞问题，会给源主机发送一个源点抑制报文反馈给源主机，告诉源主机数据拥塞了，在发送就会丢数据，告诉他放慢发送数据。类型标号为4,
  4. 如果超过网络包生存周期还是没到，就是超时，主机A给主机B发送一个数据报文时，该数据报文在网络会有一个TTL生存时间字段，没经过一台路由，TTL字段就会减1，路由器收到数据报文后TTL字段值减1后为0的话，该路由器就会把数据包丢弃并向主机A发送一个ICMP超时报文，类型是为11
  5. 当路由器后目标追收到数据报的首部中有的字段值不正确时，就会丢弃数据报，向源点发送参数问题的报文，类型为12
  6. 路由器改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报文发送给另外的路由器。类型为5

traceroute

traceroute的应用就是差错报文类型使用，它的目的就打印出可执行的程序主机，一直到目标主机之前要经历多少路由器，也就是路由追踪。traceroute使用ICMP的规则，故意制造一些能产生错误的场景，就是故意设置特殊的TTL，追踪去往目的地时沿途经过的路由器。

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