在整个 TCP/IP 协定家族中，对 “使用者” 来说，ICMP 恐怕是易忽略的协定了。关于前面所讨论的协定，真要能发挥工作的前提条件是：”假设一切都没问题” 。然而，在当今如此复杂的网路环境中，前述条件恐怕是没办法保证的：设定可能有误、线路有可能会断、设备可能挂点、router 可能负载太高、 …. 等等又等等的状况，都是我们没办法确保的。那么，我们必需有一套机制来侦测或通知各种各样可能发生的状况，这就是 ICMP 协定的目的了。
之所以说 ICMP 最容易被忽略，是因为，大部份的情况下，ICMP 只给底层的网路设备参考且被解决了。真要劳架使用者执行的话，恐怕不多，最具代表的，算是 ping 与 traceroute 这两个工具了。下面，让我们一起揭开 ICMP 的神祕面纱…
ICMP 协议之內容
ICMP 的全称是 Internet Control Message Protocol 。从技术角度来说，ICMP 就是一个 “错误侦测与回报机制”，其目的就是让我们能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性﹐其功能主要有﹕
- 侦测远端主机是否存在。
- 建立及维护路由资料。
- 重导资料传送路径。
- 资料流量控制。
ICMP 在沟通之中，主要是透过不同的类别( Type )与代码( Code ) 让机器来识别不同的连线状况。常用的类别如下表所列﹕
| 類別 | 名稱 | 代表意思 |
| 0 | Echo Reply | 是一个回应信息。 |
| 3 | Distination Unreachable | 表示目的地不可到达。 |
| 4 | Source Quench | 当 router 负载过时﹐用来竭止来源继续发送讯息。 |
| 5 | Redirect | 用来重新导向路由路径。 |
| 8 | Echo Request | 请求回应讯息。 |
| 11 | Time Exeeded for a Datagram | 当资料封包在某些路由现象中逾时﹐告知来源该封包已被忽略忽略。 |
| 12 | Parameter Problem on a Datagram | 当一个 ICMP 封包重複著之前的错误时﹐会回覆来源主机关于参数错误的讯息。 |
| 13 | Timestamp Request | 要求对方送出时间讯息﹐用以计算路由时间的差异﹐以满足同步性协定的要求。 |
| 14 | Timestamp Replay | 此讯息纯粹是回应 Timestamp Request 用的。 |
| 15 | Information Request | 在 RARP 协定应用之前﹐此讯息是用来在开机时取得网路信息。 |
| 16 | Information Reply | 用以回应 Infromation Request 讯息。 |
| 17 | Address Mask Request | 这讯息是用来查询子网路 mask 设定信息。 |
| 18 | Address Mask Reply | 回应子网路 mask 查询讯息的。 |
在 ICMP 使用中﹐不同的类别会以不同的代码来描述具体的状况。以 Type 3 ( Distination Unreachable ) 为例，其下的代码如下所列﹕
| 代碼 | 代表意思 |
| 0 | Network Unreachable |
| 1 | Host Unreachable |
| 2 | Protocol Unreachable |
| 3 | Port Unreachable |
| 4 | Fragmentation Needed and DF set |
| 5 | Source Route Failed |
| 6 | Destination network unknown |
| 7 | Destination host unknown |
| 8 | Source host isolated |
| 9 | Communication with destination network administraively prohibited |
| 10 | Communication with destination host administraively prohibited |
| 11 | Network unreachable for type of service |
| 12 | host unreachable for type of service |
ICMP 是個非常有用的協定﹐尤其是當我們要對網路連接狀況進行判斷的時候。下面讓我們看看常用的 ICMP 實例，以更好了解 ICMP 的功能與作用。
關於 PING
當關於這個命令應該很多人都用過了吧﹖它就是用來測試兩台主機是否能夠順利連線的最簡單的工具﹕
| ping -c 4 10.0.1.131 |
| PING 10.0.1.130 (10.0.1.130) from 10.0.1.130 : 56(84) bytes of data. 64 bytes from 10.0.1.130: icmp_seq=0 ttl=255 time=116 usec 64 bytes from 10.0.1.130: icmp_seq=1 ttl=255 time=45 usec 64 bytes from 10.0.1.130: icmp_seq=2 ttl=255 time=42 usec 64 bytes from 10.0.1.130: icmp_seq=3 ttl=255 time=42 usec— 10.0.1.130 ping statistics — 4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss round-trip min/avg/max/mdev = 0.042/0.061/0.116/0.032 ms |
在 Linux 使用 ping 命令﹐如果您不使用 -c N 參數來指定送出多少個 ICMP 封包的話﹐ping 命令會一直持續下去﹐直到您按Ctrl + C 為止。從上面的命令結果我們可以確定連線是否成功之外﹐還可以根據它的 time 來判斷當前的連線速度﹐數值越低速度越快﹔在命令結束的兩行﹐還有一個總結﹐如果發現您的 packet loss 很嚴重的話﹐那就要檢察您的線路品質﹐或是上游的服務品質了﹔最後一行是 round-trip (來回)時間的最小值﹑平均值﹑最大值﹐它們的時間單位都是微秒 (ms)。不過﹐那個 mdev 是什麼意思我也不知道~~
如果運用得當﹐ping 可以幫我們判斷出許多狀況。例如﹐我們要看一下跟遠方的機器是否連接得上﹐先可以 ping 一下對方的機器名稱﹔如果連接不上的話﹐我們可以 ping 對方的 ip ﹐如果 ip 可以 ping 得到﹐那麼﹐很可能是 dns 不工作了﹔那麼我們可以檢查本身主機的 dns 伺服器是否指定正確、以及 dns 伺服器是否設定正確。如果連 IP 都 ping 不了﹐那麼﹐很可能是 IP 設定的問題了﹐也可能是網路的連線問題。檢查的步驟也有很多種﹐下面是方法之一﹕
- ping 對方的 router (如過您知道其位址的話)﹐假如 ping 得上﹐那可能是對方機器和其相連網路的問題﹔
- 如果 ping 不到對方的 router ﹐那麼可以 ping 自己的 router。如果 ping 得上﹐那麼好可能是 router 和 router 之間的問題﹔
- 如果自己的 router 也 ping 不到﹐那麼可能是自己的機器和 router 之間的問題﹐我們可以 ping 一下自己的 IP 。如果自己的 IP 可以 ping 得到﹐那麼﹐可能是連線的問題﹐我們可以檢查一下網線、hub、等設備﹐看看有沒有損毀的狀況。
- 同時﹐我們也可以 pin g一下網路上面其它的機器﹐也可以用其它機器 ping 一下 router ﹐來判別一下問題來自自己機器、還是網路、還是 router、等等。
- 如果自己的 IP 都 ping 不到﹐那麼可能是網路卡壞掉了或沒有正確設定﹐可以看看設備資源有沒有衝突﹐也可以看看設備有沒有被系統啟動。
- 如果看來都沒問題﹐那麼可以 ping 一下迴圈位址 127.0.0.1 ﹐如果連這個都 ping 不了的話﹐這台機器的 IP 功能根本就沒被啟動﹗那麼﹐您就要先檢查一下網路功能有沒有選擇、IP 協定有沒有被綁定( bind )、等基本網路設定了。
從上面的過程中﹐我們不難看出 ping 這個命令真是非常有用的。然而，我們能 ping 一台機器的時候﹐我們就可以確定連線是成功的﹐但如果不能 ping 的話﹐未必是連不上哦。嗯﹖怎麼說呢﹖且聽我道來﹕使用 ping 命令的時候﹐事實上是送出一個 echo-request( type 8 ) 的 ICMP 封包﹐如果對方的機器能接收到這個請求﹐而且願意作出回應﹐則送回一個 echo-reply( type 0 ) 的 ICMP 封包﹐當這個回應能順利抵達的時候﹐那就完成一個 ping 的動作。
很顯然﹐如果這個 echo-request 不能到達對方的機器﹐或是對方回應的 echo-reply 不能順利送回來﹐那 ping 就失敗。這情形在許多有防火牆的環境中都會碰到﹐如果防火牆隨便將 request 和 reply 攔下來就會導致 ping 失敗﹐但並不代表其它連線不能建立。另外﹐就算沒有防火牆作怪﹐對方也可以將機器設定為不回應任何 echo-request 封包﹐若在 Linux 上，只要用下面命令就可以了﹕
| echo “1” > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all |
如果您不想別人 ping 您的機器﹐也可以如法泡制。但真的當您需要用 ping 命令來測試網路連線的時候﹐就做不到了﹐有利有弊啦。
關於 TRACEROUTE
除了用 ping 命令來檢查連線之外﹐還有另外一個非常厲害的工具我們可以使用的﹐就是 traceroute 命令了(在 windows 上面則稱為 tracert 命令)﹕
| traceroute www.yahoo.com |
| traceroute: Warning: www.yahoo.com has multiple addresses; using 216.115.102.78 traceroute to www.yahoo.akadns.net (216.115.102.78), 30 hops max, 38 byte packets 1 swtn184-1.adsl.seed.net.tw (211.74.184.1) 61.209 ms 63.117 ms 59.422 ms 2 139.175.169.1 (139.175.169.1) 60.172 ms 64.253 ms 60.136 ms 3 R58-38.seed.net.tw (139.175.58.38) 61.669 ms 59.185 ms 60.218 ms 4 R58-201.seed.net.tw (139.175.58.201) 68.353 ms 70.353 ms 71.605 ms 5 R57-99.seed.net.tw (139.175.57.99) 71.593 ms 70.570 ms 71.657 ms 6 R58-166.seed.net.tw (139.175.58.166) 367.829 ms 350.511 ms 355.516 ms 7 64.124.33.168.available.above.net (64.124.33.168) 218.493 ms 218.259 ms 219.996 ms 8 * * * 9 ge-2-3-0.msr1.pao.yahoo.com (216.115.101.34) 370.618 ms ge-3-3-0.msr2.pao.yahoo.com (216.115.101.38) 337.389 ms 349.591 ms 10 vl21.bas2.snv.yahoo.com (216.115.100.229) 218.355 ms 217.388 ms vl20.bas1.snv.yahoo.com (216.115.100.225) 221.096 ms 11 w6.snv.yahoo.com (216.115.102.78) 370.140 ms 339.934 ms 340.845 ms |
透過 traceroute 命令﹐我們可以找出通往目的地的所有經過的路由節點﹐並以數字將路由順序標識出來。若是您覺得回應很慢，那可加上 -n 參數﹐節點名稱將會以 IP 位址顯示﹐因為不需要進行名稱解析﹐回應速度當然會快一些。
從上面的 traceroute 結果﹐我們可以看到每一個節點都返回 3 個 round-trip 時間作參考。這樣﹐您就能夠判斷整個連線路由中﹐交通瓶頸所在的位置在哪裡。您或許奇怪 traceroute 是如何揪出所有路由節點的呢﹖且聽我細說﹕
您是否有留意到 ping 命令的結果有一個 TTL 值﹖通常來說﹐Time To Live 都是以時間為單位的﹐但是在路由上面卻是以跳站數目為單位的。為了防止一個封包無限期呆在網路上路由﹐每一個封包都會被賦予一個 TTL 值﹐告訴它最多能經過多少個跳站。當封包被一個路由節點處理之後﹐它原來的 TTL 值就會被扣掉 1 ﹐這樣﹐如果封包的 TTL 降到 0 的時候﹐路由器就會丟棄這個封包﹐並且同時向來源地送出一個 time_exceeded( type 11 ) 的 ICMP 封包﹐以告知其封包的命運。
找到靈感了嗎﹖聰明的 traceroute 程式設計者正是利用了 ICMP 這個特殊功能﹐來找出每一個路由節點的﹕
- 首先﹐traceroute 命令會向目標位址送出 UDP 偵測封包(在 Linux 中，可用 -I 改為 ICMP 封包)﹐但將第一個送出的封包之 TTL 設為 1 。這樣﹐第一個路由節點在處理這個封包的時候﹐減掉 1 ，並發現 TTL 為 0 ﹐於是就不處理這個封包﹐並同時送回一個 ICMP 封包。這樣﹐發送端就知道第一個路由節點在哪裡了。
- 當接得到第一個 ICMP 返回的時候﹐程式會檢查返回主機是否就是目標主機﹐如果不是﹐則再送出第二個封包﹐但 TTL 比上次增加 1 。
- 這樣﹐第一路由節點接到的封包之 TTL 就不是 0 ﹐那麼處理完畢後送給下一個節點﹐同時將 TTL 扣除 1 。這樣，當下一個站收到這個封包，再扣掉 TTL 為 0 ﹐也會送回 ICMP 封包﹐這樣﹐程式就知道第二個路由節點在哪裡了。
- 然後重覆上一個動作﹐直到找到目標主機為止﹐或是封包的最大 TTL (通常為 30) 都用光為止﹐但您可以用 -m 參數來指定最大的 TTL 值。
怎樣﹖聰明吧﹗^_^
但是﹐在實作中﹐未必是所有路由設備都會﹑或願意送回 ICMP 封包的。碰到這樣的情況﹐您就會看到第 8 個跳站的情形了(以星號顯示)。假如 traceroute 最後的結果一直維持著 * 符號﹐那可能是因為 ICMP 被對方的防火牆攔下來的結果。這樣的話﹐您可能無法完成防火牆後的路由追蹤了。
從上面的例子來觀察﹐由第 6 個跳站開始明顯降慢下來﹐而根據名稱看來﹐應該就是 ISP 連出 backbond 的節點。假如您發現從內部網路到自己的 router 之間的連線都很快﹐過了 router 之後就很慢﹐如果不是專線的線路出現了問題﹐那很可能到了要升級專線的時候了﹐或是這時候剛好碰到有人大量使用頻寬﹔假如速度過了 router 連到對方的機房還很快﹐然後就開始降下來﹐那您要好好審查一下當初和 ISP 簽訂的合約上﹐關於頻寬的保證問題是如何說的﹔但如果您發現連線到國外的網站﹐而速度是從進入對方國家之後才降下來的﹐那就沒什麼辦法好想了。
其實 ICMP 協定還有許多實在上面的例子﹐這裡不一一介紹了。能靈活運用 ICMP 協定﹐對我們了解和測試網路情況非常有幫助。
ICMP 封包格式
由於 ICMP 的類別翻多，且各自又有各自的代碼，因此，ICMP 並沒有一個統一的封包格式以供全部 ICMP 訊息使用，不同的 ICMP 類別分別有不同的封包欄位。以 echo-request 與 echo-reply 為例，它們的 ICMP 封包內容如下：
| 0 | 8 | 16 |
31 |
| Type | Code | Checksum |
| Identifier | Sequence Number | |
| OPTIONAL DATA … |
||
ICMP 與 IP 的關係
在 OSI 模型中，ICMP 協定雖然與 IP 協定同為第三層協定，但 ICMP 本身是不具備傳送能力的。實實上，它跟 TCP/UDP 一樣，也是考 IP 幫忙進行傳送。其封包結構如下：
|
IP 表頭 |
ICMP 表頭 |
ICMP 資訊 |
因此，只要網路之間能支援 IP ，那就可透過 ICMP 進行錯誤偵測與回報。
ICMP 協定之 RFC 文件
RFC-792﹑RFC-896﹑RFC-950﹑RFC-956﹑RFC-957﹑RFC-1016﹑RFC-1122﹑RFC-1305
習題﹕
- 請問為何要有 ICMP ？其功能是甚麼？
- 請列舉常見的 ICMP TYPE 有哪些。
- 請列舉 Distination Unreachable 的 ICMP CODE 有哪些。
- 請描述 ping 是如何運用 ICMP 機制的。
- 請描述 traceroute 是如何運用 ICMP 機制的。
- 請繪制其中一種 ICMP 的封包結構。
- 請說明 ICMP 與 IP 的關係
风吹过，我来过！