ping和traceroute的工作原理

PING原理

PING是基于ICMP协议&＃xff08;网络层&＃xff09;工作的

ICMP&＃xff1a;Internet Control Message Protocol&＃xff0c;互联网控制报文协议

ICMP用于报告传输过程中出现的问题&＃xff0c;比如确认IP包是否成功送达&＃xff0c;或者发送过程中被废弃的原因

比如主机A向主机B发送消息&＃xff0c;在途径某个路由器时&＃xff0c;无法发现B的存在。路由器就会向A发送一个ICMP不可达的数据包&＃xff0c;A解析ICMP的首部和数据段得知具体信息

• ICMP报文

封装在IP包里&＃xff0c;从左到右依次是IP头、ICMP头、ICMP数据段&＃xff0c;后两部分构成IP数据段。

ICMP是IP首部的“协议”字段来区分&＃xff0c;不同ICMP以其首部的“类型”和“代码”来区分

类型字段

大致分为两类&＃xff0c;一类是主动查询&＃xff08;回送&＃xff09;&＃xff0c;一类是通知差错

查询类是由主机主动发送的&＃xff0c;差错类是由路由遭遇异常时发送的

回送消息

PING命令就是根据回送消息来实现的&＃xff0c;用于判断消息是否成功到达对端。其中&＃xff0c;主动发送的叫回送请求&＃xff0c;被动接收的叫回送应答

每发送一个消息&＃xff0c;序号字段会自增1

目标不可达

当类型是目标不可达时&＃xff0c;可以根据代码字段作进一步区分&＃xff1a;

0. 网络不可达&＃xff1a;根本找不到目标IP网络
1. 主机不可达&＃xff1a;可以找到网络&＃xff0c;但是找不到主机&＃xff08;可能未连接&＃xff09;
2. 协议不可达&＃xff1a;通过某种协议&＃xff08;比如TCP&＃xff09;访问目的主机时&＃xff0c;防火墙禁止该协议访问
3. 端口不可达&＃xff1a;目的主机没有监听访问的端口
4. 需要分片但设置了不分片

原点抑制

遇到网络拥堵/低速路线时&＃xff0c;向源主机发送原点抑制消息&＃xff0c;从而增大传输间隔&＃xff08;等&＃xff09;

重定向消息

路由器发现了一条更优的路由选择

超时消息

TTL减小到0时&＃xff0c;IP包被丢弃&＃xff0c;然后发送超时消息

• PING

执行ping指令时发生了什么$(A\to B)$&＃xff0c;同一子网

1. A构建ICMP回送请求消息&＃xff08;类型、序号、发送时间&＃xff09;
2. 通过ICMP构建IP数据包&＃xff08;源IP、目的IP、协议&＃xff09;
3. 添加MAC头&＃xff08;ARP映射表or发起ARP查询&＃xff09;&＃xff0c;获得数据帧&＃xff08;源MAC、目的MAC&＃xff09;
4. B收到数据帧&＃xff0c;检查目的MAC&＃xff0c;检查目的IP
5. 构建ICMP回送响应消息&＃xff08;类型、序号&＃xff09;
6. A收到后计算RTT

TRACEROUTE原理

和PING类似&＃xff0c;TRACEROUTE同样是利用ICMP实现&＃xff0c;但是TRACEROUTE&＃xff08;基于UDP&＃xff09;使用的是差错报文类型

1. 设置TTL&＃xff0c;追踪途径的路由器
2. 设置不分片&＃xff0c;确定MTU

追踪路由

发送一连串的ICMP&＃xff0c;TTL不断增大&＃xff0c;使每次能比前一次多经过一个路由。每次能够获取一个ICMP超时消息&＃xff0c;其中就包含了最新到达的路由IP

TRACEROUTE会给ICMP设置一个**“不可能”的端口号**&＃xff0c;如果到达目的主机了&＃xff0c;就会收到端口不可达

确定MTU

通过需要分片但设置了不分片的差错消息实现

当发送的ICMP不分片&＃xff0c;且大小大于MTU时&＃xff0c;会被路由丢弃&＃xff0c;然后返回差错ICMP告知MTU大小