前言

从我面试的经验来看，网易这个公司是很会深究的一个公司，会努力在一个点上将面试者问倒的公司，所以对于网易游戏的面经我不会倾向于简单的罗列问题，而是对他们提出的问题从原理上进行深度的理解。正因为被他们问的很深，所以对于问的问题我有很深的印象，前面的两篇博客分别是关于python的特性，关于python的部门还没有完，后续还会再写一些面试题目的，今天要说的是一个网络程序——traceroute，面试官当时让我讲述traceroute的原理，这个在之前我知道他使用ICMP结合TTL来实现的，实现也是相当巧妙，今天的博文参考TCP/IP详解卷一，来彻底的搞清楚这个程序。

正文

在Windows下，相同的功能的实现命令为：tracert，首先至关的感受下traceroute命令的效果。我执行了两次tracerout百度的命令，结果如下：

根据上面的执行结果包括对于程序的名字traceroute相信没有接触过这个命令的人也可以大体猜出来这个命令的作用——路由跟踪，即确定IP数据包访问目标所经过的路径，当然这些路径指的是路由器。对于执行结果的每一行来说，比如3 2ms 1ms 1ms 10.6.17.1表示从本机出发的第三跳路由器地址为10.6.17.1，中间的三列时间显示了RTT，即数据包到达此跳路由或主机再返回你的主机所需要的时间，单位是毫秒，为什么是三列呢？因为traceroute发送了三个独立的数据包，统计出了每个RTT，而国内很多博客在这里存在误区，认为三列分别代表最小，平均和最大时间，有的时间栏没有具体的数字，只是一个星号，这个可能有多种多样的原因，比如路由器禁止了ICMP数据包，traceroute程序本身就被用来发现网络故障，如果从某跳开始所有的时间都成了星号，即超时，则网络故障很有可能就出现在了这一跳。从上面两次执行结果可以看到，traceroute命令执行的结果不是完全相同的，这个也是很容易理解的，毕竟网络是动态时时变化的。
Traceroute程序使用ICMP报文和IP首部中的TTL字段，TTL由发送端初始化，当路由器接收到一份IP数据包，如果TTL字段是0或者1，路由器将该数据包丢弃，并给源主机发一个ICMP“超时”信息。按照这个基本的相应过程，可以猜想traceroute程序的完整过程，首先它发送一份TTL字段为1的IP数据报给目的主机，处理这个数据报的第一个路由器将TTL值减1，然后丢弃该数据报，并给源主机发送一个ICMP报文，这个报文包含了路由器的IP地址，这样就得到了第一个路由器的地址，然后，traceroute发送一个TTL为2的数据报来得到第二个路由器的IP地址，继续这个过程，直至这个数据报到达目的主机。按照这个原理我们也可以很好的解释了上面tracert www.baidu.com的结果了，即所有显示的13跳是从我到百度119.75.218.70这个服务器所经过的所有路由器的信息，而且由于网络是动态变化的，路径也可能会发生变化，所以如果追踪同样的目的IP，发现不同的路径当属于正常情况。
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这里必须加一条分割线，因为这个知识我相信很多人在很早之前就知道了，但是面试官的面试重点显然不在上面的知识点，如果你回答了上述过程，面试官肯定会接着问一个问题：目的主机在接收到TTL值为1的IP数据报是不会丢失的吧，这样也不会产生一个超时的ICMP数据报文了，那么程序如何判断是否已经到达目的主机了呢？
在Linux下，traceroute程序发送一个UDP数据报给目的主机，但它选择一个不可能的值作为UDP端口号（大于30000），使目的主机的任何一个应用程序都不可能使用该端口，因此，当该数据报达到目的主机的时候，目的主机会产生一个“端口不可达”错误的ICMP报文，这样，traceroute程序要做的就是区分接收到的ICMP报文是超时还是端口不可达，从而来区分是路由器还是目的主机。
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下面进行实验验证，仍然用上面的例子，用wireshark抓取数据报来验证。由于主机上有大量的数据报文，所以我们根据本地IP地址和百度服务器的IP地址进行数据报过滤，按照我的例子过滤条件应该为：ip.src==192.168.99.200&&ip.dst==119.75.218.70，首先整体看一个过滤之后的报文总体情况，如下图：

其中浅色背景的表示本机构造的ICMP数据报文，深色的表示超时ICMP报文，如果细心的人就会发现：所发送的数据报的数量要大于路径上的路由器的数量，这个上文也提到过，每一跳都会发送三个报文，同时相应报文的数量少于构造报文数量，因为有些路由器禁止相应ICMP数据报，只提供转发功能，所有本地发出的构造ICMP数据报源IP都是本地，目的IP都是百度的IP地址，所有相应的超时ICMP数据报的目的IP都是本地，源IP地址分为为路由器的IP地址，首先来看一个本机构造的ICMP数据报文：

在这个报文中，可以注意他的TTL的值为1，同时他填充的负载为0，相同的报文会发送3次，接着再看这个报文的响应报文：

在这个响应报文中应该注意的点我都用红色方框圈出来了。
关于最后确定是否达到目的主机则和具体的操作系统有关系，在Windows下，我猜测他可以通过正确的回应ICMP数据报得出已经到达目的主机，而在Linux下面，则是通过上文所说的原理实现的，附图如下：

总结

关于traceroute的内容，如果在进行深究，还有很多很多，比如他可以通过ICMP，TCP实现，在Windows下面达到目的主机之后会停止发送traceroute数据报，但是在Linux下，会持续发送30个TTL不同的数据报，每个发送三个报文，在达到目的主机之前可以发送ICMP，TCP等，但是在达到之后，开始发送UDP数据报，目的端口从大于30000的某个值开始，没发送一个数据报则加一，这个从上面的截图也可以看出。
好公司在面试的时候都会揪住一个点问的很深很深，所以在自己的领域，将基础知识一定要掌握的十分好。