ICMP 协议

在之前网络层的介绍中，我们知道 IP 提供一种无连接的、尽力而为的服务。这就意味着无法进行流量控制与差错控制。因此在 IP 数据报的传输过程中，出现各种的错误是在所难免的，为了通知源主机 IP 数据报传输过程中遇到的问题，因此设计了因特网控制报文协议(ICMP)。

虽然说 ICMP 协议将 IP 协议封装在内部，所以大多数人将 ICMP 视为传输层的协议，但实际上 ICMP 是 IP 协议的重要组成部分，所以将其放在网络层更为合适。

ICMP 的报文一般有两种，查询报文和查询报文。

查询报文：例如我们在使用 ping 命令，子网掩码查询，时间戳查询等情况时，都会发送查询报文。

差错报文：而差错报文是在当对应的路由器或者终端设备收到查询报文后，产生了一系列问题。把出现的问题，回复给发起者的报文就是差错报文。

但考虑到整体网络资源的占用上，在如下情况下，是不会产生差错报文的：

差错报文不会产生差错报文 - 防止 ICMP 无限产生和传送差错报文
目的地址是广播或多播的 IP 数据包
链路层广播的数据包
不是 IP 分片的第一片 - IP 是尽力而为，自然不需要可靠性
源地址不是某个主机的数据包

ICMP 类型

由于 ICMP 本身就是为了弥补 IP 协议不可靠的特性，起到排错目的，所以它的 Header 并不复杂。

正如图中所示的，对于 ICMP Header 来说，比较重要的就是 Type (8 bit)和 Code (8 bit) 字段，用来表示各种错误的情况。

其中完整的介绍可以参考这篇 wiki，下面就介绍上常用的部分。

下面我们抓个包，来看一下。

Ping 命令测试网络连通性

这里在主机上 Ping 下百度，通过 Wireshark 抓到的数据包如下：

先看一下 Echo Request 包，对应 Type 为8，Code 为0：

Echo Reply 包 - Type 为 0，Code 为 0：

Traceroute 测试网络连通性

在 IP 协议中，为了防止出现环路而设置了 TTL 字段。该字段也在 traceroute 中起到了很大的作用，通过设置 TTL 的数值，来获取数据报的传递过程。

TTL：当 IP 数据包进行传送时，每经过一个路由器，TTL 指就会减一，当 TTL = 0 时，该 IP 数据报会被丢弃。

下面就来了解下 Traceroute 的通信过程，用到的拓扑如下：

当主机收到目的主机的 IP 后，会给目的主机发送一个 TTL = 1 的 UDP 数据包。

而经过第一个路由器后，TTL - 1 变成 0.这时路由器会把数据报丢弃，然后把丢弃的数据包的 IP 头部封装起来，回复主机一个差错报文。如下：

这个过程主机会发三次，也就是说会产生 3 个 TTL =1 的 UDP，如下

接着会在再次发送 3 个 TTL = 2 的 UDP 报文，如下

第二个路由器，会再次向主机发送一个差错报文，如下：

这里需要注意的：由于第二台路由器已经相当于是目的地，所以将数据包拆到传输层，但由于传输层上的端口标识了应用层的应用，而在该路由器上不在该应用，进而回复了端口不可达的报文。

由于图中只经过 2 个路由器，所以截止发送到 TTL = 2

并且我们可以从 TTL = 2 的回复差错报文看出，只有两个差错报文。其中有个差错报文出现了丢失，并且没有给主机回复差错报文丢失的情况

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