ICMP協(xié)議

IP協(xié)議的一個重要補充是是ICMP協(xié)議。ICMP(Internet Control Message Protocol)是介于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議。它的主要功能是傳輸網(wǎng)絡(luò)診斷信息。

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ICMP傳輸?shù)男畔⒖梢苑譃閮深悾活愂清e誤(error)信息，這一類信息可用來診斷網(wǎng)絡(luò)故障。我們已經(jīng)知道，IP協(xié)議的工作方式是“Best Effort”，如果IP包沒有被傳送到目的地，或者IP包發(fā)生錯誤，IP協(xié)議本身不會做進一步的努力。但上游發(fā)送IP包的主機和接力的路由器并不知道下游發(fā)生了錯誤和故障，它們可能繼續(xù)發(fā)送IP包。通過ICMP包，下游的路由器和主機可以將錯誤信息匯報給上游，從而讓上游的路由器和主機進行調(diào)整。需要注意的是，ICMP只提供特定類型的錯誤匯報，它不能幫助IP協(xié)議成為“可靠”(reliable)的協(xié)議。另一類信息是咨詢(Informational)性質(zhì)的，比如某臺計算機詢問路徑上的每個路由器都是誰，然后各個路由器同樣用ICMP包回答。

(ICMP基于IP協(xié)議。也就是說，一個ICMP包需要封裝在IP包中，然后在互聯(lián)網(wǎng)傳送。ICMP是IP套裝的必須部分，也就是說，任何一個支持IP協(xié)議的計算機，都要同時實現(xiàn)ICMP。)

ICMP包的結(jié)構(gòu)：

A bunch of Types

ICMP包都會有Type, Code和Checksum三部分。Type表示ICMP包的大的類型，而Code是一個Type之內(nèi)細分的小類型。針對不同的錯誤信息或者咨詢信息，會有不同的Type和Code。從上面我們可以看到，ICMP支持的類型非常多，就好像瑞士軍刀一樣，有各種各樣的功能。Checksum與IP協(xié)議的header checksum相類似，但與IP協(xié)議中checksum只校驗頭部不同，這里的Checksum所校驗的是整個ICMP包(包括頭部和數(shù)據(jù))。

余下的ICMP包格式根據(jù)不同的類型不同。另一方面，ICMP包通常是由某個IP包觸發(fā)的。這個觸發(fā)IP包的頭部和一部份數(shù)據(jù)會被包含在ICMP包的數(shù)據(jù)部分。

ICMP協(xié)議是實現(xiàn)ping命令和traceroute命令的基礎(chǔ)。這兩個工具常用于網(wǎng)絡(luò)排錯。

常見的ICMP包類型

回音

回音(Echo)屬于咨詢信息。ping命令就是利用了該類型的ICMP包。當(dāng)使用ping命令的時候，將向目標(biāo)主機發(fā)送Echo-詢問類型的ICMP包，而目標(biāo)主機在接收到該ICMP包之后，會回復(fù)Echo-回答類型的ICMP包，并將詢問ICMP包包含在數(shù)據(jù)部分。ping命令是我們進行網(wǎng)絡(luò)排查的一個重要工具。如果一個IP地址可以通過ping命令收到回復(fù)，那么其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信方式也很有可能成功。

源頭冷卻

源頭冷卻(source quench)屬于錯誤信息。如果某個主機快速的向目的地傳送數(shù)據(jù)，而目的地主機沒有匹配的處理能力，目的地主機可以向出發(fā)主機發(fā)出該類型的ICMP包，提醒出發(fā)主機放慢發(fā)送速度(請溫柔一點吧)。

目的地?zé)o法到達

目的地?zé)o法到達(Destination Unreachable)屬于錯誤信息。如果一個路由器接收到一個沒辦法進一步接力的IP包，它會向出發(fā)主機發(fā)送該類型的ICMP包。比如當(dāng)IP包到達最后一個路由器，路由器發(fā)現(xiàn)目的地主機down機，就會向出發(fā)主機發(fā)送目的地?zé)o法到達(Destination Unreachable)類型的ICMP包。目的地?zé)o法到達還可能有其他的原因，比如不存在接力路徑，比如不被接收的端口號等等。

超時

超時(Time Exceeded)屬于錯誤信息。IPv4中的Time to Live(TTL)和IPv6中的Hop Limit會隨著經(jīng)過的路由器而遞減，當(dāng)這個區(qū)域值減為0時，就認(rèn)為該IP包超時(Time Exceeded)。Time Exceeded就是TTL減為0時的路由器發(fā)給出發(fā)主機的ICMP包，通知它發(fā)生了超時錯誤。

traceroute就利用了這種類型的ICMP包。traceroute命令用來發(fā)現(xiàn)IP接力路徑(route)上的各個路由器。它向目的地發(fā)送IP包，第一次的時候，將TTL設(shè)置為1，引發(fā)第一個路由器的Time Exceeded錯誤。這樣，第一個路由器回復(fù)ICMP包，從而讓出發(fā)主機知道途徑的第一個路由器的信息。隨后TTL被設(shè)置為2、3、4，...，直到到達目的主機。這樣，沿途的每個路由器都會向出發(fā)主機發(fā)送ICMP包來匯報錯誤。traceroute將ICMP包的信息打印在屏幕上，就是接力路徑的信息了。

重新定向

重新定向(redirect)屬于錯誤信息。當(dāng)一個路由器收到一個IP包，對照其routing table，發(fā)現(xiàn)自己不應(yīng)該收到該IP包，它會向出發(fā)主機發(fā)送重新定向類型的ICMP，提醒出發(fā)主機修改自己的routing table。比如下面的網(wǎng)絡(luò)： 

假如145.1發(fā)送到145.15的IP包，結(jié)果被中間的路由器通過145.17的NIC收到。那么路由器會發(fā)現(xiàn)，根據(jù)自己的routing table，這個IP包要原路返回。那么router就可以判斷出145.1的routing table可能有問題。所以路由器會向145.1發(fā)送redirect類型的ICMP包。

IPv6的Neighbor Discovery

ARP協(xié)議用于發(fā)現(xiàn)周邊的IP地址和MAC地址的對應(yīng)。然而，ARP協(xié)議只用于IPv4，IPv6并不使用ARP協(xié)議。IPv6包通過鄰居探索(ND, Neighbor Discovery)來實現(xiàn)ARP的功能。ND的工作方式與ARP類似，但它基于ICMP協(xié)議。ICMP包有Neighbor Solicitation和Neighbor Advertisement類型。這兩個類型分別對應(yīng)ARP協(xié)議的詢問和回復(fù)信息。

總結(jié)

ICMP協(xié)議是IP協(xié)議的排錯幫手，它可以幫助人們及時發(fā)現(xiàn)IP通信中出現(xiàn)的故障。基于ICMP的ping和traceroute也構(gòu)成了重要的網(wǎng)絡(luò)診斷工具。然而，需要注意的是，盡管ICMP的設(shè)計是出于好的意圖，但ICMP卻經(jīng)常被黑客借用進行網(wǎng)絡(luò)攻擊，比如利用偽造的IP包引發(fā)大量的ICMP回復(fù)，并將這些ICMP包導(dǎo)向受害主機，從而形成DoS攻擊。而redirect類型的ICMP包可以引起某個主機更改自己的routing table，所以也被用作攻擊工具。許多站點選擇忽視某些類型的ICMP包來提高自身的安全性。