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《协议森林》7.瑞士军刀 (ICMP协议)[转载]

瑞士军刀 (ICMP协议)

到现在为止,我们讲解了网络层中最重要的IP协议(参考协议森林)。IP协议的一个重要补充是是ICMP协议。

ICMP协议

ICMP(Internet Control Message Protocol)是介于网络层和传输层的协议。它的主要功能是传输网络诊断信息。

ICMP传输的信息可以分为两类,一类是错误(error)信息,这一类信息可用来诊断网络故障。我们已经知道,IP协议的工作方式是“Best Effort”,如果IP包没有被传送到目的地,或者IP包发生错误,IP协议本身不会做进一步的努力。但上游发送IP包的主机和接力的路由器并不知道下游发生了错误和故障,它们可能继续发送IP包。通过ICMP包,下游的路由器和主机可以将错误信息汇报给上游,从而让上游的路由器和主机进行调整。需要注意的是,ICMP只提供特定类型的错误汇报,它不能帮助IP协议成为“可靠”(reliable)的协议。另一类信息是咨询(Informational)性质的,比如某台计算机询问路径上的每个路由器都是谁,然后各个路由器同样用ICMP包回答。

ICMP基于IP协议。也就是说,一个ICMP包需要封装在IP包中,然后在互联网传送。ICMP是IP套装的必须部分,也就是说,任何一个支持IP协议的计算机,都要同时实现ICMP。

ICMP包的结构:

A bunch of Types

ICMP包都会有Type,
Code和Checksum三部分。Type表示ICMP包的大的类型,而Code是一个Type之内细分的小类型。针对不同的错误信息或者咨询信息,会有不同的Type和Code。从上面我们可以看到,ICMP支持的类型非常多,就好像瑞士军刀一样,有各种各样的功能。Checksum与IP协议的header
checksum相类似,但与IP协议中checksum只校验头部不同,这里的Checksum所校验的是整个ICMP包(包括头部和数据)

余下的ICMP包格式根据不同的类型不同。另一方面,ICMP包通常是由某个IP包触发的。这个触发IP包的头部和一部份数据会被包含在ICMP包的数据部分。

ICMP协议是实现ping命令和traceroute命令的基础。这两个工具常用于网络排错。

常见的ICMP包类型

###回音
回音(Echo)属于咨询信息。ping命令就是利用了该类型的ICMP包。当使用ping命令的时候,将向目标主机发送Echo-询问类型的ICMP包,而目标主机在接收到该ICMP包之后,会回复Echo-回答类型的ICMP包,并将询问ICMP包包含在数据部分。ping命令是我们进行网络排查的一个重要工具。如果一个IP地址可以通过ping命令收到回复,那么其他的网络协议通信方式也很有可能成功。

###源头冷却
源头冷却(source quench)属于错误信息。如果某个主机快速的向目的地传送数据,而目的地主机没有匹配的处理能力,目的地主机可以向出发主机发出该类型的ICMP包,提醒出发主机放慢发送速度(请温柔一点吧)

###目的地无法到达
目的地无法到达(Destination
Unreachable)
属于错误信息。如果一个路由器接收到一个没办法进一步接力的IP包,它会向出发主机发送该类型的ICMP包。比如当IP包到达最后一个路由器,路由器发现目的地主机down机,就会向出发主机发送目的地无法到达(Destination Unreachable)类型的ICMP包。目的地无法到达还可能有其他的原因,比如不存在接力路径,比如不被接收的端口号等等。

###超时
超时(Time Exceeded)属于错误信息。IPv4中的Time to Live(TTL)和IPv6中的Hop
Limit会随着经过的路由器而递减,当这个区域值减为0时,就认为该IP包超时(Time Exceeded)。Time Exceeded就是TTL减为0时的路由器发给出发主机的ICMP包,通知它发生了超时错误。

traceroute就利用了这种类型的ICMP包。traceroute命令用来发现IP接力路径(route)上的各个路由器。它向目的地发送IP包,第一次的时候,将TTL设置为1,引发第一个路由器的Time
Exceeded错误。这样,第一个路由器回复ICMP包,从而让出发主机知道途径的第一个路由器的信息。随后TTL被设置为2、3、4,…,直到到达目的主机。这样,沿途的每个路由器都会向出发主机发送ICMP包来汇报错误。traceroute将ICMP包的信息打印在屏幕上,就是接力路径的信息了。

###重新定向
重新定向(redirect)属于错误信息。当一个路由器收到一个IP包,对照其routing
table,发现自己不应该收到该IP包,它会向出发主机发送重新定向类型的ICMP,提醒出发主机修改自己的routing
table。比如下面的网络:

假如145.1发送到145.15的IP包,结果被中间的路由器通过145.17的NIC收到。那么路由器会发现,根据自己的routing
table,这个IP包要原路返回。那么router就可以判断出145.1的routing
table可能有问题。所以路由器会向145.1发送redirect类型的ICMP包。

##IPv6的Neighbor Discovery
ARP协议用于发现周边的IP地址和MAC地址的对应。然而,ARP协议只用于IPv4,IPv6并不使用ARP协议。IPv6包通过邻居探索(ND, Neighbor Discovery)来实现ARP的功能。ND的工作方式与ARP类似,但它基于ICMP协议。ICMP包有Neighbor Solicitation和Neighbor
Advertisement类型。这两个类型分别对应ARP协议的询问和回复信息。

##总结
ICMP协议是IP协议的排错帮手,它可以帮助人们及时发现IP通信中出现的故障。基于ICMP的ping和traceroute也构成了重要的网络诊断工具。然而,需要注意的是,尽管ICMP的设计是出于好的意图,但ICMP却经常被黑客借用进行网络攻击,比如利用伪造的IP包引发大量的ICMP回复,并将这些ICMP包导向受害主机,从而形成DoS攻击。而redirect类型的ICMP包可以引起某个主机更改自己的路由表,所以也被用作攻击工具。许多站点选择忽视某些类型的ICMP包来提高自身的安全性。

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该日志由 sdnhub 于2015年04月13日发表在 网络原理 分类下, 通告目前不可用,你可以至底部留下评论。
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