ICMP 协议

什么是ICMP协议？

ICMP（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
ICMP使用IP的基本支持，就像它是一个更高级别的协议，但是，ICMP实际上是IP的一个组成部分，必须由每个IP模块实现。
中文名 ICMP
外文名 Internet Control Message Protocol
类 型 控制报文协议
协议族 TCP/IP协议族
归 属 网络层协议
作 用 在主机与路由器之间传递控制信息

ICMP出现的原因

在IP通信中，经常有数据包到达不了对方的情况。原因是，在通信途中的某处的一个路由器由于不能处理所有的数据包，就将数据包一个一个丢弃了。或者，虽然到达了对方，但是由于搞错了端口号，服务器软件可能不能接受它。这时，在错误发生的现场，为了联络而飞过来的信鸽就是ICMP 报文。在IP 网络上，由于数据包被丢弃等原因，为了控制将必要的信息传递给发信方。ICMP 协议是为了辅助IP 协议，交换各种各样的控制信息而被制造出来的。

制定万维网规格的IETF 在1981 年将RFC7922作为ICMP 的基本规格整理出来了。那个RFC792 的开头部分里写着“ICMP 是IP 的不可缺少的部分，所有的IP 软件必须实现ICMP协议。也是，ICMP 是为了分担IP 一部分功能而被制定出来的。

那么我们详细介绍一下ICMP协议？（来自百度）

ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。 它属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息。

ICMP 是 TCP/IP 模型中网络层的重要成员，与 IP 协议、ARP 协议、RARP 协议及 IGMP 协议共同构成 TCP/IP 模型中的网络层。ping 和 tracert是两个常用网络管理命令，ping 用来测试网络可达性，tracert 用来显示到达目的主机的路径。ping和 tracert 都利用 ICMP 协议来实现网络功能，它们是把网络协议应用到日常网络管理的典型实例。

从技术角度来说，ICMP就是一个“错误侦测与回报机制”，其目的就是让我们能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性。当路由器在处理一个数据包的过程中发生了意外，可以通过ICMP向数据包的源端报告有关事件。

其功能主要有：侦测远端主机是否存在，建立及维护路由资料，重导资料传送路径（ICMP重定向），资料流量控制。ICMP在沟通之中，主要是透过不同的类别(Type)与代码(Code) 让机器来识别不同的连线状况。
ICMP 是个非常有用的协议﹐尤其是当我们要对网路连接状况进行判断的时候。

ICMP的用途

有两种功能：

差错通知

（通俗点讲也就是通知在发送过程中IP包被丢弃的原因），给送信者的错误通知；是到IP 数据包被对方的计算机处理的过程中，发生了什么错误时被使用。不仅传送发生了错误这个事实，也传送错误原因等消息。

信息查询

（通俗点讲也就是确认IP包是否成功到达目标地址），送信者的信息查询；其信息询问是在送信方的计算机向对方计算机询问信息时被使用。被询问内容的种类非常丰富，他们有目标IP 地址的机器是否存在这种基本确认，调查自己网络的子网掩码，取得对方机器的时间信息等。

同时我们需要注意几点：

1.ICMP是基于IP协议工作的，但是它并不是传输层的功能，因此仍然把它归结为网络层协议
2. ICMP只能搭配IPv4使用，如果是IPv6的情况下, 需要是用ICMPv6

ICMP的报文格式

简易版报文格式：

类型：标识生成的错误报文，它是ICMP报文中的第一个字段；
代码：进一步地限定生成ICMP报文。该字段用来查找产生错误的原因；
校验和：存储了ICMP所使用的校验和值。
未使用：保留字段，供将来使用，起值设为0
数据：包含了所有接受到的数据报的IP报头。还包含IP数据报中前8个字节的数据；

详细版报文格式：

实际上与ICMP协议相关的有7个子段
1）协议； —协议字段值是1
2）源IP 地址；—用来交流ICMP 报文的地址信息
3）目的IP 地址；—用来交流ICMP 报文的地址信息
4）生存时间；
这四个包含在IP 首部的字段。
5）类型；—很重要，所有ICMP 用来交流错误通知和信息询问的报文，都是由类型和代码的组合来表示的。RFC 定义了15种类型。“报文不可到达”这样的错误通知和“回送请求”这样的信息查询是由类型字段来区分的。
6）代码；—很重要，所有ICMP 用来交流错误通知和信息询问的报文，都是由类型和代码的组合来表示的。虽然ICMP报文由类型来表达它的大概意义，但是传递细小的信息时是由代码来分类的。
7）选项数据；—向对方传送数据
这三个包含在ICMP数据部分的字段。

ICMP协议提供的诊断报文类型

已经定义的ICMP消息类型大约有10多种，每种ICMP数据类型都被封装在一个IP数据包中。主要的ICMP消息类型包括以下几种。

响应请求

我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。

目标不可到达、源抑制和超时报文

这三种报文的格式是一样的，目标不可到达报文（Type=3）在路由器或主机不能传递数据报时使用，例如我们要连接对方一个不存在的系统端口（端口号小于1024）时，将返回Type=3、Code=3的ICMP报文，它要告诉我们：“嘿，别连接了，我不在家的！”，常见的不可到达类型还有网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）等。源抑制则充当一个控制流量的角色，它通知主机减少数据报流量，由于ICMP没有恢复传输的报文，所以只要停止该报文，主机就会逐渐恢复传输速率。最后，无连接方式网络的问题就是数据报会丢失，或者长时间在网络游荡而找不到目标，或者拥塞导致主机在规定时间内无法重组数据报分段，这时就要触发ICMP超时报文的产生。超时报文的代码域有两种取值：Code=0表示传输超时，Code=1表示重组分段超时。

时间戳

时间戳请求报文（Type=13）和时间戳应答报文（Type=14）用于测试两台主机之间数据报来回一次的传输时间。传输时，主机填充原始时间戳，接收方收到请求后填充接收时间戳后以Type=14的报文格式返回，发送方计算这个时间差。一些系统不响应这种报文。

全部消息类型可归纳为以下5个大类：

1.诊断报文（类型8，代码0；类型0，代码0）；
2.目的不可达报文（类型3，代码0-15）；
3.重定向报文（类型5，代码0-4）；
4.超时报文（类型11，代码0-1）；
5.信息报文（类型12-18）。

超详细的消息列表：

ICMP 协议应用在许多网络管理命令中，下面以 ping 和 tracert 命令为例详细介绍 ICMP 协议的应用。

ICMP实现之ping命令

ping 命令使用 ICMP 回送请求和应答报文

上面ping的是ip地址，也可以ping 域名，域名可以通过DNS解析成IP地址。

ping命令的功能
（1）能验证网络的连通性
（2）会统计响应时间和TTL(IP包中的Time To Live，生存周期)

那么如何验证的呢？
（1）ping命令会先发送一个 ICMP Echo Request给对端
（2）对端接收到之后, 会返回一个ICMP Echo Reply
（3）若没有返回，就是超时了，会认为指定的网络地址不存在。

用ping 命令不能确定与对方连通的原因大致有哪些？
主要有以下三个：
（1）目标服务器不存在；
（2) 花在数据包交流上的时间太长ping 命令认为超时；
（3）目标服务器不回答ping 命令。
如果是原因2），通过ping 命令的选项来延长到超时的等待时间，就能正确显示结果了。如果原因是1）或3）的话，仅凭ping 命令的结果就不能判断是哪方了。正如这样，ping 命令不一定一定能判断对方是否存在。

telnet是23端口，ssh是22端口，那么ping是什么端口?
ping命令是基于ICMP，是在网络层。
而端口号，是传输层的内容。所以在ICMP中根本就不关注端口号这样的信息。

ICMP实现之traceroute命令

为了调查到通信对方的路径现在是怎么样了，使用的是traceroute 命令。它与ping 并列，是代表网络命令。这个traceroute 也是ICMP 的典型实现之一。

（1）.执行tracert命令。
在Windows 上执行tracert 命令后，首先计算机向目的服务器发送IP 数据包。Windows 上使用的是与ping 同样的ICMP 回送请求报文。但是，有一点和通常的回送请求不一样。那是，最初将IP 首部的TTL(生存时间)字段设为1 这一点。
路由器每转送一次数据包就将TTL 的值减1。当TTL 变为0 的时候，按规定将丢弃这个数据包。正如这样，与其说TTL 是时间，还不如说TTL 是经过路由器的个数。对于计算机发送出去的数据包，只要它与目标服务器不在同一局域网内，一定会被哪儿的路由器中继。这时如果TTL 的值是1，由于路由器的处理会变为0，则该数据包将会被丢弃。

（2）.用超时报文来通知送信方。
路由器丢弃数据包的同时，用ICMP 报文来通知错误。这时使用的ICMP 报文是，类型为11，代码为0 的ICMP 超时报文。而且在选项数据字段里，将填入原先数据包的IP 首部和ICMP 的开始8 字节。正如ping 命令的时候看到的，ICMP 回送请求的先头8 字节里包含了标识符和序号字段。因此，送信方的计算机看了超时报文后，就知道是针对自己发出的回送请求的错误通知。
计算机接到针对第一个数据包的ICMP 超时报文后，接下来将TTL 加1（TTL=2）并同样地送出（同3）。这次通过第一个路由器，TTL 变为1，到达第二个路由器。但是第二个路由器象前面一样，由于TTL变为0，将不能转发该包。因此，同第一个路由器一样，将该包丢弃，并返回ICMP 超时报文。以后，收到错误的发送方计算机将TTL 加1，重复同样的工作。

（3）.只有目标服务器的反应不同。
如此一个一个增加TTL，某个时候ICMP 回送请求报文将到达最终的目标服务器。这时，只有目标服务器与途中的路由器不同，不返回ICMP 超时报文。为什么呢？因为即使目标服务器收到TTL 为1 的数据包也不会发生错误。
作为代替处理，服务器针对送信方计算机发出的ICMP 回送请求报文，返回ICMP 回送回答报文。也就是，送信方计算机与服务器之间，与ping 命令的执行一样了。得到了ICMP 回送回答报文的送信方知道了路经调查已经到了目标服务器，就结束了tracert 命令的执行。像这样，通过列出中途路由器返回的错误，就能知道构成到目标服务器路径的所有路由器的信息了。

ICMP实现之端口扫描

所谓的端口扫描就是检查服务器不需要的端口是否开着。服务器管理者用来检查有没有安全上有问题的漏洞开着。不是像ping 和traceroute 那样是操作系统自带的工具，需要利用网络工具才行。

端口扫描大致分为“UDP 的端口扫描”和“TCP 的端口扫描”两种。这里面，与ICMP 相关的是UDP一边。使用TCP 的通信，通信之前必定要先遵循三向握手的程序。因此，只要边错开端口号边尝试TCP连接就能调查端口的开闭。不特别需要ICMP。与此相对，UDP 没有这样的连接程序。因此，调查端口是否打开需要想点办法。这样，被使用的是ICMP。根据ICMP 规格，UDP 数据包到达不存在的端口时，服务器需要返回ICMP 的“终点不可达”之一的“端口不可达”报文。

具体来说，向希望调查的服务器发送端口号被适当指定了的UDP 数据包。这样，目标端口没开着的话，服务器就返回ICMP 端口不可达报文。返回的ICMP 数据包的选项数据字段里放入着，送信方送出的UDP 数据包的IP 首部与UDP 首部的头8 个字节。送信方通过这个信息来辨别该错误通知是针对哪个UDP 数据包的，并判断端口是否打开着。

UDP 端口扫描一边一个一个错开端口号，一边持续着这个通信。这样，就知道了哪个端口是“好像开着的”了。但是，UDP 端口扫描与TCP 端口扫描有很大区别的地方。那就是，即使ICMP 端口不可达报文没有返回，也不能断定端口开着。端口扫描除了被管理员用来检查服务器上是否有开着的漏洞，作为黑客非法访问的事先调查，对服务器实施的情况也是很多的。需要非常小心地来使用。

ICMP和安全的关系

为什么停止方便的ICMP？

为什么有停止ICMP 使用的设定项目呢？理由只有一个，那就是确保安全。虽然ICMP 是非常便利的协议，但黑客在尝试非法访问的时候会被恶意利用。由于ICMP 被恶意使用而遭受损害的用户正在不断增加之中，因此有了限制ICMP 使用的意见。

ICMP攻击

ICMP协议对于网络安全具有极其重要的意义。ICMP协议本身的特点决定了它非常容易被用于攻击网络上的路由器和主机。

例如，在1999年8月海信集团悬赏“50万元人民币测试防火墙”的过程中，其防火墙遭受到的ICMP攻击达334050次之多，占整个攻击总数的90%以上！可见，ICMP的重要性绝不可以忽视！

比如，可以利用操作系统规定的ICMP数据包最大尺寸不超过64KB这一规定，向主机发起“Ping of Death”（死亡之Ping）攻击。
“Ping of Death” 攻击的原理是：如果ICMP数据包的尺寸超过64KB上限时，主机就会出现内存分配错误，导致TCP/IP堆栈崩溃，致使主机死机。（操作系统已经取消了发送ICMP数据包的大小的限制，解决了这个漏洞）
此外，向目标主机长时间、连续、大量地发送ICMP数据包，也会最终使系统瘫痪。大量的ICMP数据包会形成“ICMP风暴”，使得目标主机耗费大量的CPU资源处理，疲于奔命。

黑客发送伪装了的ICMP 回送请求后，到达在作为踏板的网络的入口处的路由器。这样，路由器将回送请求转发给网内所有的计算机。假如有100 台计算机，回送请求将到达100 台所有的计算机。收到回送请求的计算机对此作出反应，送出回送回答报文。这样，黑客送出的一个ICMP回送请求报文，一下子增加到了100 倍。

这样增加的ICMP 回送回答报文面向的不是黑客的计算机，而是伪装成回送请求的源IP 地址的攻击对象服务器。变成到达了，从几百台计算机发出的巨大数量的ICMP 回送回答。smurf 与ping 洪水攻击不同，因为到达服务器的是ICMP 回送回答，服务器不用返回回答。但是为了处理大量的ICMP，服务器承受了大量的负载。网路被撑爆了也是一样的。

抵御方法

虽然ICMP协议给黑客以可乘之机，但是ICMP攻击也并非无药可医。只要在日常网络管理中未雨绸缪，提前做好准备，就可以有效地避免ICMP攻击造成的损失。

对于“Ping of Death”攻击，可以采取两种方法进行防范：

第一种方法是在路由器上对ICMP数据包进行带宽限制，将ICMP占用的带宽控制在一定的范围内，这样即使有ICMP攻击，它所占用的带宽也是非常有限的，对整个网络的影响非常少；
第二种方法就是在主机上设置ICMP数据包的处理规则，最好是设定拒绝所有的ICMP数据包。

设置ICMP数据包处理规则的方法也有两种：
一种是在操作系统上设置包过滤；
另一种是在主机上安装防火墙。（有效防止ICMP攻击，防火墙应该具有状态检测、细致的数据包完整性检查和很好的过滤规则控制功能。）