20 张图解: ping 的工作原理 (4)

主机 B 会构建一个 ICMP 回送响应消息数据包,回送响应数据包的类型字段为 0,序号为接收到的请求数据包中的序号,然后再发送出去给主机 A。

主机 B 的 ICMP 回送响应报文

主机 B 的 ICMP 回送响应报文

在规定的时候间内,源主机如果没有接到 ICMP 的应答包,则说明目标主机不可达;如果接收到了 ICMP 回送响应消息,则说明目标主机可达。

此时,源主机会检查,用当前时刻减去该数据包最初从源主机上发出的时刻,就是 ICMP 数据包的时间延迟。

针对上面发送的事情,总结成了如下图:

主机 A ping 主机 B 期间发送的事情

主机 A ping 主机 B 期间发送的事情

当然这只是最简单的,同一个局域网里面的情况。如果跨网段的话,还会涉及网关的转发、路由器的转发等等。

但是对于 ICMP 的头来讲,是没什么影响的。会影响的是根据目标 IP 地址,选择路由的下一跳,还有每经过一个路由器到达一个新的局域网,需要换 MAC 头里面的 MAC 地址。

说了这么多,可以看出 ping 这个程序是使用了 ICMP 里面的 ECHO REQUEST(类型为 8 ) 和 ECHO REPLY (类型为 0)

traceroute —— 差错报文类型的使用

有一款充分利用 ICMP 差错报文类型的应用叫做 traceroute(在UNIX、MacOS中是这个命令,而在Windows中对等的命令叫做 tracert )。

1. traceroute 作用一

traceroute 的第一个作用就是故意设置特殊的 TTL,来追踪去往目的地时沿途经过的路由器。

traceroute 的参数指向某个目的 IP 地址

traceroute 192.168.1.100

这个作用是如何工作的呢?

它的原理就是利用 IP 包的生存期限 从 1 开始按照顺序递增的同时发送 UDP 包,强制接收 ICMP 超时消息的一种方法。

比如,将 TTL 设置 为 1,则遇到第一个路由器,就牺牲了,接着返回 ICMP 差错报文网络包,类型是时间超时

接下来将 TTL 设置为 2,第一个路由器过了,遇到第二个路由器也牺牲了,也同时返回了 ICMP 差错报文数据包,如此往复,直到到达目的主机。

这样的过程,traceroute 就可以拿到了所有的路由器 IP。

当然有的路由器根本就不会返回这个 ICMP,所以对于有的公网地址,是看不到中间经过的路由的。

发送方如何知道发出的 UDP 包是否到达了目的主机呢?

traceroute 在发送 UDP 包时,会填入一个不可能的端口号值作为 UDP 目标端口号(大于 3000 )。当目的主机,收到 UDP 包后,会返回 ICMP 差错报文消息,但这个差错报文消息的类型是「端口不可达」。

所以,当差错报文类型是端口不可达时,说明发送方发出的 UDP 包到达了目的主机。

2. traceroute 作用二

traceroute 还有一个作用是故意设置不分片,从而确定路径的 MTU

这么做是为了什么?

这样做的目的是为了路径MTU发现

因为有的时候我们并不知道路由器的 MTU 大小,以太网的数据链路上的 MTU 通常是 1500 字节,但是非以外网的 MTU 值就不一样了,所以我们要知道 MTU 的大小,从而控制发送的包大小。

MTU 路径发现(UDP的情况下)

MTU 路径发现(UDP的情况下)

它的工作原理如下:

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