TCP/IP详解:Protocol 读书笔记(八)

Chapter8 Traceroute程序

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TCP/IP详解:Protocol 读书笔记(八)
- Chapter8 Traceroute程序
- - 为什么会出现Traceroute功能
  - Traceroute原理

为什么会出现Traceroute功能

在上一章节将ping程序时，书中提到了IP记录路由选项，但是在探测源端主机到目的主机之间所经路由情况时，我们通常采用的不是ping -R [IP地址]这种形式。而是采用Traceroute这个便利的工具。

最主要的原因是，IP首部中留给IP记录路由选项的空间有限，不能存放当前大多数的路径。在IP首部选项字段中最多只能存放9个IP地址，无法完整的记录数据探测包所经过的路由器。对于现在的互联网来说，远远不够。因此Traceroute程序为了解决这种情况也就应运而生。

Traceroute原理

Traceroute使用ICMP报文和IP首部中的TTL字段实现。TTL字段是由发送端初始设置一个8bit字段。推荐的初始值由分配数字RFC指定，当前值为64。从第七章中的一些ping程序例子中可以看出，发送ICMP回显应答时经常把TTL设为最大值255。

每个处理数据包的路由器都需要把报文中TTL字段减1或者减去数据报在路由器中停留的秒数。由于大多数的路由器转发数据报的时延都小于1s，因此TTL最终成为一个跳站的计数器，所经过的每个路由器都将其值减1。

TTL字段是为了防止数据报在IP包选路时无休止地在网络中传输。例如，当路由器瘫痪或者两个路由器之间的通信断开，选路协议有时会去检测丢失的路由并一直进行下去。因此在这个时间段内，依据TTL，数据报的传输会在循环回路中被终止。

当路由器收到IP数据报，如果TTL字段是1，则路由器不转发该数据报，路由器将该数据报丢弃，并给源端主机发一份ICMP超时(上一章讲到的Time Exceeded错误)信息。Traceroute程序的关键就在于这份ICMP信息的IP数据报文中的源端IP地址就是该路由器的IP地址。

因此类推一下，整个Traceroute程序的整个过程：

当我们敲下Traceroute [主机名/IP地址]的时候，程序会先向目的主机发送一个TTL=1的UDP数据包。
经过的第一个路由器收到这个数据包后，就自动把TTL减1。TTL变为0后，路由器就将这个包丢弃，同时产生一个主机不可达的ICMP错误数据报发送给源端主机。
主机收到这个数据报后再发送一个TTL=2的UDP数据报给目的主机，这样当第二个路由器收到这个数据报后，TTL经过递减，刚好等于0。因此第二个路由器会发送ICMP错误信息数据报发送给源端主机。
不断递增TTL数值，并执行发送UDP数据报的操作，直到到达目的主机。但是目的主机即使接收到TTL=1的UDP数据报，也不会丢弃该数据报并产生一份超时ICMP报文，因为数据报已到达其最终目的地。

超时ICMP报文，因为数据报已到达其最终目的地。

Traceroute程序发送一份UDP数据报给目的主机，但是这份UDP数据报选择端口号>30000进行发送，使得目的主机任何一个应用程序不可能使用的端口。因为TCP和UDP协议有一个端口号定义，而普通的网络程序只监控少数的几个号码较小的端口，如80,23等。这样，当UDP数据报到达时，将使目的主机的UDP模块产生一份“端口不可达”错误的ICMP报文。源端主机接收到这个报文后就可以得知目的主机已经到了。这样，Traceroute程序所要做的就是区分源端接收到的ICMP报文是超时还是端口不可达，用来判断什么时候到达目的主机。