24 张图搞定 ICMP ：最常用的网络命令 ping 和 tracert

淡淡的烟草味﹌ 2023-10-13 16:35 40阅读 0赞

### ICMP ###

**IP** 是尽力传输的网络协议，提供的数据传输服务是**不可靠**的、无连接的，不能保证数据包能成功到达目的地。那么问题来了：如何确定数据包成功到达目的地？

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这需要一个网络层协议，提供错误检测功能和报告机制功能，于是出现了 **ICMP**（互联网控制消息协议）。ICMP 的主要功能是，**确认 IP 包是否成功送达目的地址**，**通知发送过程中 IP 包被丢弃的原因**。有了这些功能，就可以检查网络是否正常、网络配置是否正确、设备是否异常等信息，方便进行**网络问题诊断**。

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**举个栗子**：如果在传输过程中，发生了某个错误，设备便会向源设备返回一条 ICMP 消息，告诉它发生的错误类型。

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ICMP 消息是通过 IP 进行传输，但它的目的并不是让 IP 成为一种可靠的协议，而是对传输中发生的问题进行反馈。ICMP 消息的传输同样得不到可靠性保证，也有可能在传输过程中丢失。因此 ICMP 不是传输层的补充，应该把它当做**网络层协议**。

#### ICMP 消息封装 ####

ICMP 消息使用 IP 来封装，**封装格式**如下图。

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其中 **type**（类型）字段表示 ICMP 消息的类型，**code**（代码）字段表示 ICMP 消息的具体含义。例如：type 值为 3 表示目的不可达消息（ Destination Unreachable Message ），若 code 值为 0 表示目的网络不可达（ Network Unreachable ）。常见的 ICMP 消息类型如下图。

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从功能上，ICMP 的消息可分为两类：一类是通知出错原因的**错误消息**，另一类是用于诊断的**查询消息**。

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#### 常见的 ICMP 消息类型 ####

*  **回送请求消息**（ Echo Request ）：是由源设备（主机或路由器等）向一个指定的目的设备发出的请求。这种消息用来测试目的地是否可达。
 *  **回送响应消息**（ Echo Reply ）：对 Echo Request 的响应。目的设备发送 Echo Reply 来响应收到的 Echo Request 。最常用的 ping 命令就是使用 Echo Request 和 Echo Reply 来实现的。

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*  **目的不可达**（ Destination Unreachable ）：路由器无法将 IP 包发送给目的地址时，会给源设备返回一个 Destination Unreachable 消息，并在消息中显示不可达的具体原因。
    
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    实际情况下，经常会遇到的错误代码是 1 ，表示主机不可达，它是指路由表中没有目的设备的信息，或目的设备没有连接到网络。

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*  **参数问题**（ Parameter Problem ）：路由器发现 IP 包头出现错误或非法值后，向源设备发送一个 Parameter Problem 消息。这个消息包含有问题的 IP 头，或错误字段的提示信息。

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*  **重定向**（ Redirect ）：如果路由器发现一条更优的路径发送数据，那么它就会返回一个 Redirect 消息给主机。这个消息包含了最合适的路由信息和源数据。
    
    实际情况下，这种 Redirect 消息会引发路由问题，所以不进行这种设置。比如：路由器的路由表不准确时，ICMP 有可能就无法正常工作。

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*  **超时**（ Time Exceeded ）：IP 包中有一个字段是 TTL（生存周期），它的值每经过一次路由器就减 1 ，直到减到 0 时 IP 包会被丢弃。这时，路由器会发送一个 Time Exceeded 消息给源设备，并通知 IP 包已被丢弃。
    
    设置 TTL 的主要目的，是当路由发生环路时，避免 IP 包无休止的在网络上转发。还可以用 TTL 控制 IP 包的可达范围，比如设置一个较小的 TTL 值。

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*  **时间戳请求/时间戳响应**（ Timestamp Request / Timestamp Reply ）：时间戳可以记录 ICMP 消息一次往返所需的时间。源设备发送一个带有发送时间的 Timestamp Request 消息，目的设备收到后，发送一个带有原设备发送时间、目的设备接收时间以及目的设备发送时间的 Timestamp Reply 消息。源设备收到 Timestamp Reply 时，并同时记录到达时间。这些时间戳可以估计网络上的传输时间。

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### ICMP 的应用 ###

ICMP 被广泛应用于网络测试，最常用的 **ping** 和 **tracert** 网络测试工具，都是使用 ICMP 协议实现的。

#### ping ####

ping 是 ICMP 最著名的一个应用，通过 ping 可以**测试网络的可达性**，即网络上的报文能否成功到达目的地。使用 ping 命令时，源设备向目的设备发送 *Echo request* 消息，目的地址是目的设备的 IP 地址。目的设备收到 *Echo request* 消息后，向源设备回应一个 *Echo reply* 消息，可知目的设备是可达的。也可以通过 ping 命令来判断目标主机是否启用。

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如果中间某个路由器没有到达目的网络的路由，便会向源设备回应一个 *Destination Unreachable* 消息，告知目的设备不可达。

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如果源主机在一定时间内无法收到回应报文，就认为目的设备不可达，并显示超时。

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需要注意的是 ping 过程是双向的消息通信，只有双向都成功传输时，才能说明通信是正常的。另外主机也可能因为防火墙拦截，导致 ping 不通。

#### tracert ####

ping 工具只能测试目的设备的连通性，但是看不到数据包的传输路径。所以在网络不通的情况下，无法知道网络问题发生在哪个位置。tracert 工具可以查看数据包的**整条传输路径**，包括途中经过的**中间设备**。

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IP 头部的 **TTL** 字段是为避免数据包循环转发而设计的。每经过一个路由器，数据包头中的 TTL 值减 1 。如果 TTL 值为 0 则丢弃报文，并向源设备回应一个 Time Exceeded 消息，告知错误类型。tracert 就是基于 TTL 字段和 ICMP 协议实现的。在 Windows 中命令是 **tracert** ，在 Unix 、MacOS 中命令是 **traceroute** 。

使用 tracert 命令时，源设备的 tracert **逐跳发送数据包**，并等待每一个响应报文。发送第一个数据包时，TTL 值设为 1 。第一个路由器收到数据包后 TTL 值减 1 ，随即丢弃数据包，并返回一个 *Time Exceeded* 消息。源设备的 tracert 收到响应报文后，取出源 IP 地址，即路径上的第一个路由器地址。然后 tracert 发送一个 TTL 值为 2 的数据包。第一个路由器将 TTL 值减 1 ，并转发数据包。第二个路由器再将 TTL 值减 1 ，丢弃数据包并返回一个 *Time Exceeded* 消息。tracert 收到响应报文后，取出源 IP 地址，即路径上的第二个路由器地址。类似步骤，tracert 逐跳获得每一个路由器的地址，并探测到目的设备的可达性。

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tracert 过程也是双向的消息通信，只有双向都成功传输时，才能正确探测路径。另外主机安装了防火墙，也可能造成路径探测失败。

### 网络实战 ###

#### ping ####

在 Windows 电脑上使用 **ping** 命令，并查看返回信息。

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同步**抓包**进行验证。

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还可以直接使用 ping 命令，查看 ping 命令的**使用方法**。

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#### tracert ####

在 Windows 电脑上使用 **tracert** 命令，并查看返回信息。

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同步**抓包**进行验证。

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也可以直接使用 tracert 命令，查看 tracert 命令的**使用方法**。

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