008-ICMP协议（网络控制文协议）

一、概述

　　ICMP是（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。

　　它是TCP/IP协议族的一个子协议，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报文在IP帧结构的首部协议类型字段（Protocol 8bit)的值=1.

　　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。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。

　　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。

　　

1.1、功能

　　在RFC，将ICMP 大致分成两种功能：差错通知和信息查询。

　　1. 确认IP包是否成功到达目标地址 

　　2. 通知在发送过程中IP包被丢弃的原因 

注意点

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　　

1.2、ICMP作为IP的上层协议在工作 

　　ICMP 的内容是放在IP 数据包的数据部分里来互相交流的。也就是，从ICMP的报文格式来说，ICMP 是IP 的上层协议。但是，正如RFC 所记载的，ICMP 是分担了IP 的一部分功能。所以，被认为是与IP 同层的协议。看一下RFC 规定的数据包格式和报文内容吧。

　　ICMP报文包含在IP数据报中，IP报头在ICMP报文的最前面。一个ICMP报文包括IP报头（至少20字节）、ICMP报头（至少八字节）和ICMP报文（属于ICMP报文的数据部分）。当IP报头中的协议字段值为1时，就说明这是一个ICMP报文。ICMP报头如下图所示。 
如下图：

　　

　　上图包含了IP首部以及ICMP，以下是ICMP部分

　　

详细地看一下数据包的格式吧。用来传送ICMP 报文的IP 数据包上实际上有不少字段。但是实际上与ICMP 协议相关的只有7 个子段。

1）协议；2）源IP 地址；3）目的IP 地址；4）生存时间；这四个包含在IP 首部的字段。

5）类型；6）代码；7）选项数据；这三个包含在ICMP数据部分的字段。

这里面，1)协议字段值是1。2)和3)是用来交流ICMP 报文的地址信息，没有特殊意义。对于理解ICMP 本身，重要的是5)，6)，7)三个字段。这里面的可以称为核心的重要字段是5)类型，6)代码这两个字段。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。ICMP报文由类型来表达它的大概意义，需要传递细小的信息时由代码来分类。进一步，需要向对方传送数据的时候，用7）选项数据字段来放置。

可能的消息列表：

　　

二、ICMP实现

2.1、MTU探索

　　所谓路径MTU 探索，是探索与通信对方之间不用分片IP 数据包，就能交流的MTU 大小的功能。MTU大小是指计算机一次能够送出去的数据的最大长度，基本上由网路的种类来决定。例如，以太网的话通常是1500 字节，使用PPPoE 的ADSL 通常是1492 字节。为了实现这个路径MTU 探索，ICMP 被使用着。

　　

　　路径MTU 探索的原理本身是非常简单的。首先，Windows 向通信对方送IP 数据包时，先设置IP 首部的分片禁止标志然后再送。这是路径MTU 探索的基本。假如，Windows 将大于1000 字节的数据包送了出去，通信路径上有MTU 从1500 字节变成1000 字节的地方。因此，那个路由器将不允许超过1000 字节的数据包通过，而进入MTU 是1000 字节的网路。路由器尝试着将IP 数据包分片。但是因为数据包的分片禁止标志是有效的，所以不能分片。该路由器就将该IP 数据包丢弃，并用ICMP 通知送信方“想分片，但不能分片”。这时路由器发送的ICMP的类型字段是3，代码字段为4。这是“需要分片但不能分片，不能送至终点”的意思。而且，大多数路由器将在数据选项部里填入不分片就能通过的MTU 大小。Windows 收到该ICMP 报文后就知道了不分片就能够传送的数据大小，并暂时将MTU 大小更换掉，然后继续通信。

2.2、改变路由

　　改变路由是指路由器向送信方计算机指示路径改变这个功能。计算机根据自己的路由信息(路由表)来决定传送目标。不知道发给谁好的时候，就将数据包发给设为默认网关的路由器。被指定为默认网关的路由器接收到数据包，发现将数据包发给局域网内的其它路由器会比较快的时候，将这一信息通过ICMP 通知发送方。这时使用的是，类型是5，代码是1 的ICMP 改变路由报文。在选项数据部分里写着应该发送给的路由器IP 地址。Windows 收到这个报文后，重写自己的路由表，与对方的通信将在一段时间里经由被指定的路由器来实行。

　　

2.3、源点抑制

　　数据包集中到达某一路由器后，数据包因为来不及被处理，有可能被丢弃的情况。这时候，向送信方发送的是ICMP 源点抑制报文，用来使送行方减慢发送速度。

　　

2.4、ping命令

　　ping 命令用来在IP 层次上调查与指定机器是否连通，调查数据包往复需要多少时间。为了实现这个功能，ping 命令使用了两个ICMP 报文。　　

　　

　　注意, 此处 ping 的是域名，不是url，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。

问题：

　　telnet是23端口，ssh是22端口，那么ping是什么端口? 
　　答：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。

用ping 命令不能确定与对方连通的原因大致有三个。

　　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。

2.5、traceroute命令[trace]

　　功能：打印出可执行程序主机，一直到目标主机之前经历多少路由器。

　　

　　linux、mac：traceroute www.baidu.com

　　windows：tracert www.baidu.com

2.6、端口扫描　　

　　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。不是象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。