ICMP协议和ping命令

 

无论是在宿舍，还是在办公室，或者运维一个数据中心，我们常常会遇到网络不通的问题。那台机器明明就在那里，你甚至都可以通过机器的终端连上去看。它看着好好的，可是就是连不上去，究竟是哪里出了问题呢？

ICMP 协议的格式

一般情况下，你会想到 ping 一下。那你知道 ping 是如何工作的吗？

ping 是基于 ICMP 协议工作的。ICMP 全称 Internet Control Message Protocol，就是互联网控制报文协议。这里面的关键词是“控制”，那具体是怎么控制的呢？

网络包在异常复杂的网络环境中传输时，常常会遇到各种各样的问题。当遇到问题的时候，总不能“死个不明不白”，要传出消息来，报告情况，这样才可以调整传输策略。这就相当于我们经常看到的电视剧里，古代行军的时候，为将为帅者需要通过侦察兵、哨探或传令兵等人肉的方式来掌握情况，控制整个战局。

ICMP 报文是封装在 IP 包里面的。因为传输指令的时候，肯定需要源地址和目标地址。它本身非常简单。因为作为侦查兵，要轻装上阵，不能携带大量的包袱。

 

ICMP 报文有很多的类型，不同的类型有不同的代码。最常用的类型是主动请求为 8，主动请求的应答为 0。

查询报文类型

我们经常在电视剧里听到这样的话：主帅说，来人哪！前方战事如何，快去派人打探，一有情况，立即通报！

这种是主帅发起的，主动查看敌情，对应 ICMP 的查询报文类型。例如，常用的 ping 就是查询报文，是一种主动请求，并且获得主动应答的 ICMP 协议。所以，ping 发的包也是符合 ICMP 协议格式的，只不过它在后面增加了自己的格式。

对 ping 的主动请求，进行网络抓包，称为 ICMP ECHO REQUEST。同理主动请求的回复，称为 ICMP ECHO REPLY。比起原生的 ICMP，这里面多了两个字段，一个是标识符。这个很好理解，你派出去两队侦查兵，一队是侦查战况的，一队是去查找水源的，要有个标识才能区分。另一个是序号，你派出去的侦查兵，都要编个号。如果派出去 10 个，回来 10 个，就说明前方战况不错；如果派出去 10 个，回来 2 个，说明情况可能不妙。

在选项数据中，ping 还会存放发送请求的时间值，来计算往返时间，说明路程的长短。

差错报文类型

当然也有另外一种方式，就是差错报文。

主帅骑马走着走着，突然来了一匹快马，上面的小兵气喘吁吁的：报告主公，不好啦！张将军遭遇埋伏，全军覆没啦！这种是异常情况发起的，来报告发生了不好的事情，对应 ICMP 的差错报文类型。

我举几个 ICMP 差错报文的例子：终点不可达为 3，源抑制为 4，超时为 11，重定向为 5。这些都是什么意思呢？我给你具体解释一下。

网络不通的情况下，通常会想到ping命令，ping一下，但是ping命令内部如何执行的，可能并不清楚，其实ping是基于ICMP协议进行工作的。

 一、ICMP协议的格式

　　ICMP是在RFC 792中定义的互联网协议族之一。通常用于返回的错误信息或是分析路由。ICMP错误消息总是包括了源数据并返回给发送者。 ICMP错误消息的例子之一是TTL值过期。每个路由器在转发数据报的时候都会把IP包头中的TTL值减1。如果TTL值为0，“TTL在传输中过期”的消息将会回报给源地址。 每个ICMP消息都是直接封装在一个IP数据包中的，因此，和UDP一样，ICMP是不可靠的。

　　ping是基于ICMP协议的，ICMP全程Internet Control Message Protocol，就是互联网控制报文协议，网络包在异常复杂的网络环境进行传输的时候，常常会遇到各种各样的问题，当遇到问题的时候，总要传出消息来，报告情况，这样才可以调整传输策略。

　　ICMP报文是封装在IP包里面的，因为传输的时候，肯定需要源地址和目标地址，它本身非常简单。ICMP报文有很多种类型，最常用的类型是主动请求为8，主动应答为0。

 1、查询报文类型

常用的ping就是查询报文，是一种主动请求，并且获得主动应答的ICMP协议，所以，ping包也是符合ICMP协议的格式的，只不过他在后面增加了自己的格式。

对ping的主动请求，进行网络抓包，称为ICMP ECHO REQUEST，同理，主动请求的回复，称为ICMP ECHO REPLY，比起原生的ICMP，这里面多了两个字段，一个是标识符，一个是序号，在选项数据中，ping还会存放发送请求的时间值，来计算往返时间，说明路程的长短。

2、差错报文类型

ICMP差错报文的几个例子：终点不可达为3，源抑制为4，超时为11，重定向为5

（1）终点不可达

网络不可达、主机不可达、协议不可达、端口不可达、需要设置了分片但设置了不可分片

（2）源站抑制

让源站放慢发送速度

（3）时间超时

超过网络的生存时间还没有到达

（4）路由重定向

也就是下次发送给下一个路由

二、ping：查询报文的使用

ping的发送和接受过程：

 具体的执行过程：

假设主机A的IP地址是192.168.1.1，主机B的IP地址是192.168.1.2，他们都在同一个子网。那么当你在主机A上运行“ping 192.168.1.2”后，会发生什么呢？

（1）ping命令执行的时候，源主机首先会构建一个ICMP请求数据包，ICMP数据包内包含多个字段。最重要的是两个，第一个是类型字段，对于请求数据包而言该字段为8；另一个是顺序号，主要用于区分连续ping的时候发出的多个数据包。每发出一个数据包，顺序号会自动加1，为了能够计算往返的时间RTT，它会在报文的数据部分插入发送时间。

（2）由ICMP协议将这个数据包，连同地址192.168.1.2一起交给IP层，IP层将以192.168.1.2作为目的地址，本机IP作为源地址，加上一些其他的信息，构建一个IP数据包。

（3）接下来，需要加入MAC头，如果在本节ARP映射表中查找出IP地址192.168.1.2所对应的MAC地址，由数据链路层构建一个数据帧，目的地址是IP层传过来的MAC地址，源地址则是本机的MAC 地址；还要加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将它们传送出去。

（4）主机B收到这个数据帧后，先检查它的目的MAC地址，并和本机的MAC地址对比，如符合，则接收，否则就丢弃，接收后检查该数据帧，将IP包从数据帧中取出来，交给本机的IP层，同样，IP层检查后，将有用的信息提取出来后交给ICMP协议。

（5）主机B会构建一个ICMP应答包，应答数据包的类型字段为0，顺序号为接收到的请求数据包中的顺序号，然后再发送给主机A

分析：

在规定的时间内，源主机如果没有接收到ICMP的应答包，则说明目标主机不可达。

如果接收到了ICMP的应答包，则说明目标主机可达

此时，源主机会检查，用当前时刻减去该数据包最初从源主机上发出的时刻，就是ICMP数据包的时间延迟

扩展：

如果跨网断的话，还会涉及到网关的转发、路由器的转发等等。但是对于ICMP的头来讲，是没什么影响的，会影响的是根据目标IP地址，选择路由的下一跳，还有每经过一个路由器到达一个新的局域网，需要换MAC头里面的MAC地址。

参考连接：https://time.geekbang.org/column/article/8445#previewimg