计算机网络基础 (七)--- 网络层 -ICMP 协议

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发布于: 2020 年 07 月 20 日

文章内容概览
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ICMP协议详解﻿
网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol）
该协议主要是用于辅助IP协议进行数据传输的
ICMP协议可以报告错误信息或者异常情况
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ICMP的报文数据是通过封装在IP数据报中进行数据传输的。ICMP的报文分为两个部分：ICMP报文首部和ICMP报文数据
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ICMP报文首部
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类型：主要指的是ICMP报文的种类(主要有两大类，后边会进行说明)
代码：主要是指，不同的ICMP报文种类具体有哪些错误
校验和：主要是校验报文在整个传输中，是否存在错误
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在前边介绍IP协议首部中，有一个8位协议，它表明的是IP数据所携带的具体数据是什么协议的。ICMP的字段值为1
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如果IP协议传输的数据是ICMP数据的话，那么，将会在协议中写入1
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ICMP协议报文的两个种类差错报告报文
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网络不可达：IP地址可以表示一个网络，当主机号全为0时就表示的是某一个网络，如果整个网络不可达，就会报告一个类型为3，具体代码为0的ICMP协议报文
主机不可达：如果计算机A要和计算机B进行通信，而计算机B是关机的状态，就会出现主机不可达的情况
网络重定向：传输给某一个网络的数据，可能不能走该网络了，需要进行重定向
主机重定向：如果发送的报文，主机告知不能处理，请发送到另外一个主机
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询问报文
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回送请求或应答：主要是验证网络是否通。假设计算机A要和计算机B进行通信，A会发送一个空的数据给B，如果B收到，就给一个回应
时间戳请求或应答：当需要进行时间同步时，会用到这个
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ICMP协议的应用Ping应用在前边的文章中有使用到ping命令来查看网络的响应时间和TTL。这部分主要是介绍ping的原理是什么
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ping应用主要是使用ICMP的询问报文，它会发送回送请求或应答类型的报文。当使用ping命令的时候，它首先会组装一个IP协议的报文，然后在IP的数据报中组装ICMP的询问报文，然后通过数据链路层发送出去，这个就是ping应用的原理
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通常我们会使用ping命令来查看本地的网络是否通，或者网络质量是怎么样的。平时在家中，如何出现网络故障，我们也会使用ping命令来进行排查
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第一步会先ping本地回环地址127.0.0.1（如果没有返回，说明协议栈有问题，这个时候可能需要重装系统，或重新安装协议栈）
如果上一步正常返回，则ping网关地址（也就是路由器地址）。如果计算机是处于内网的话，一般就是ping 192.168.0.1或者ping 192.168.1.1。如果上一步ping网关也是通的，说明本机到路由器是通的，如果不通，说明网线或者wifi是有问题的
如果ping网关是通的，则ping远端地址（比如百度）。如果不通，则说明在你家到ISP之间网络是故障的，这个时候就需要联系电信或移动或联通
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Traceroute应用Traceroute可以探测IP数据报在网络中走的路径，在IP协议详解这篇文章中，有介绍到计算机是连接在虚拟互联网络中的，我们并不关心数据报在网络中经过了哪些路径。但是，如果需要对网络故障进行排查的话，Traceroute应用可以提供更高级的功能，使我们更了解网络是怎么样的
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Traceroute应用原理在前边介绍IP首部时，首部里边有一个TTL，表明IP数据报文在网络中的寿命，每经过一个设备，TTL减1，当TTL为0时，网络设备必须丢弃该报文
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当TTL为0时，网络设备必须丢弃该报文。但是，并没有告诉丢弃的时候应该怎么处理。了解了ICMP报文之后可以知道，如果网络设备要丢弃报文，将会发送一个ICMP终点不可达差错报文。也就是说，它会报告一个错误，告诉源端主机，报文传输发生了错误，这样源主机才会察觉到问题。下边是一个例子
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借助前边用到的一个图，该图指示了从计算机A到计算机B的网络走向，前边的文章中提到，数据报文是一跳一跳的传输的，因此它会先后跳到中型网络=》大型网络=》中型网络=》小型网络=》计算机B。
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Traceroute应用巧妙的应用了ICMP差错不可达报文的作用，为了探测数据报走过的路径，它首先会封装一个TTL为1的IP报文。在上图中，计算机A发送了一个TTL为1的报文之后，到达中型网络之后就会发现TTL为0了，此时就会往源机器(也就是A)发出一个ICMP差错不可达报文。此时，计算机A会记录该中型网络的IP。此时Traceroute会再封装一个TTL为2的请求报文，当数据到达大型网络之后，TTL为0了。大型网络会丢弃该报文，并且向源机器发出一个ICMP差错不可达报文。此时计算机A又会记录大型网络的IP。TTL会依次的增加，直到收到了正常的回应，表示说计算机A发送的报文，已经被B收到了。此时，计算机A已经收到了所有的路径机器的信息，此时就可以输出数据报在网络中走过的路径了
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因此，Traceroute应用巧妙的应用了ICMP差错不可达报文的作用，每次将TTL加1，直到到达目标机器，记录经过的每一个机器的IP，因此来获取路径。这就是Traceroute应用的原理
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看一波实际操作，在windows中可以使用tracert+域名/IP的命令来查看输出。Mac中有自带的工具可以使用
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首先是可以看到百度的地址为：182.61.200.7。然后packets下边第一跳就是我的内网路由器地址192.168.0.1。第二跳来到的是113.45.64.1，这个应该就是小区的内网IP。后边的每一跳所经过的IP，可以直接在百度上搜一下是哪里的IP
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如果想看到更加详细的跨省路径，可以追踪访问github.com，因为这个服务器在美国，所以会比较慢
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在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践
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