TCP/IP详解卷1:协议学习笔记第七章 Ping程序

系统管理员 2023-02-18 09:38 14阅读 0赞

ping名字来源于声纳定位操作。目的是测试另一台主机是否可达，ping发送一份ICMP回显请求报文给主机，并等待ICMP回显应答。

一般，如果不能ping到某主机，那么就不能Telnet或FTP到那台主机（但可能有防火墙，使得不能ping到，但能Telnet远程登录到）；如果不能Telnet到某台主机，通常可用ping确定问题。ping还能测试到这台主机的rtt。

大多TCP/IP实现都在内核中直接支持ping服务器，它不是一个用户进程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
服务器必须响应标识符和序号字段。

UNIX的ping实现总是把标识符字段置成发送进程的id，这样多个ping同时运行时也能分清返回的信息。

序号从0开始，每发送一次回显请求就加1。ping会打印出返回的每个分组的序列号，允许我们查看是否有分组丢失、失序、重复。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
返回ICMP回显应答时，要打印出序列号和ttl（位于IP首部中的生存时间字段），并计算往返时间。

ping通过在ICMP报文数据中存放发送请求的时间值计算往返时间。上图中rtt为0是因为程序使用的计时器分辨率太低。

上图中每行都有目的IP地址，尽管指定的是svr4，说明名字经过解析器已经转换成IP地址了。

tcpdump结果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

通常第一个rtt时间较大，原因是可能目的端硬件地址不在发送端ARP高速缓存中：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
如果是在广域网，ping的结果可能会出现丢失、失序、重复分组，且rtt会变长。

ping默认发送的ICMP报文长56字节，加上20字节IP首部和8字节ICMP首部，IP数据报总长84字节。

拨号SLIP链路两端相比SLIP链路增加了调制解调器。

ping可以查看IP记录路由（RR）选项，大部分ping程序的-R选项可查看，此选项使得ping发送的IP数据报中（其中含ICMP回显请求报文）设置IP的RR选项，这样，每个处理该数据报的路由器都把它的IP地址放入IP首部的选项字段。当数据报到达目的端时，IP地址清单应复制到ICMP回显应答中，这样返回途中经过的路由器地址也被加入到清单中。

该过程有缺陷，远端主机生成RR选项，中间路由对RR选项进行处理，ICMP回显请求中的RR清单复制到回显应答中，所有这些都是选项功能。有一些系统不把ICMP请求中的IP地址清单复制到ICMP应答中。

但问题是IP首部只有有限空间存放IP地址，IP首部长度字段只有4bit，最多只能包含60字节，其中IP首部固定20字节，RR选项用去3字节，剩下只有37字节来存放IP地址清单，因此最多只能存放9个IP。

![在这里插入图片描述][20200619110737343.png]  
上图中的30字节应改为40字节。

code字节指明IP选项类型，对于RR选项，值为7。len是RR选项总字节长度，以上情况为39。ptr为指针字段，最小值为4，指向存放第一个IP地址的位置，随着IP地址存入清单，ptr的值分别为8、12、16，最大到36，当记录下9个IP地址后，ptr的值为40，表示清单已满。

路由器将它的出口地址记入清单。当运行ping的主机收到带有RR选项的ICMP回显应答时，也要把它的入口IP地址放入清单。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
分组经过的四站如图：  
![在这里插入图片描述][20200619160635871.png]  
我们发现，路由器bsdi在不同方向上分别加入了不同的IP地址，它始终是把出口的IP地址加入清单；在ICMP回显应答到达原始系统时，它把自己的入口IP也加入清单。

在sun上运行带-v选项的tcpdump命令查看分组交换：  
![在这里插入图片描述][20200619161126537.png]  
输出中optlen表示IP首部中有40字节的选项空间（IP首部长必须为4字节的整数倍）；RR\{39\}表示记录路由选项已被设置，它的长度为39字节，之后是9个IP地址，符号\#用来标记RR选项中ptr字段指向的IP地址；EOL表示IP选项end of list，它的值可以为0。如果IP首部中选项字段中有多个选项，在开始下一个选项前必须填空白字符或另一个值为1的特殊字符NOP（no operation）。

在以下网络结构上：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
运行ping程序时，输出异常：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3R1czAwMDAw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
ICMP回显请求直接从netb传到aix，而ICMP回显应答却从aix先传向gateway，再到netb。原因是aix不知道要把目的子网为140.252.13的IP数据报发送到主机netb上，而aix路由表中有一个默认项指向路由器gateway。

一个问题是为什么路由器gateway不直接发送ICMP重定向报文到aix以更新aix的路由表，接收到ICMP重定向报文的主机直接将数据报发往目的主机。由于某种原因（很可能因为数据报是一份ICMP回显请求报文），重定向没有产生。但如果我们用Telnet登录到aix上的daytime服务器，就会产生ICMP重定向，因而在aix上的路由表也随之更新。之后再执行ping，就会先从netb到aix，再从aix回到netb。

![在这里插入图片描述][20210329163220473.png]

时间戳选项的代码为0x44，len为选项总长度，ptr指向下一个可用空间的指针（5、9、13等）。

OF（溢出字段）和FL（标志字段）为4bit值，时间戳选项的操作根据标志字段FL的值进行：  
![在这里插入图片描述][202006191651091.png]  
当路由器没有空间增加时间戳选项，它将增加溢出字段的值。

时间戳的取值一般为自UTC午夜开始计的毫秒数，如果路由器不使用这种格式，就必须打开时间戳中的高位以表明为非标准值。

ping只利用ICMP报文，不用经过传输层。

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