ping原理和Traceroute原理

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ping原理

ping主要是用来探测主机和主机之间是否可以进行通信，如果不能ping到某台主机，表示不能与这台主机建立连接。ping使用的是ICMP协议，他发送ICMP回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定：目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机，如果源主机在一定时间内收到应答，表明主机可达。ICMP协议是通过IP协议发送的，IP协议是无连接的，不可靠的数据报协议。
ping是用来检测网络是否畅通或者网络连接速度的命令
在同一网段内：
在主机 A 上运行“Ping 192.168.0.5”后，都发生了些什么呢?
首先，Ping 命令会构建一个固定格式的 ICMP 请求数据包， 然后由 ICMP 协议将这个数据包连同地址“192.168.0.5”一起 交给IP 层协议，IP 层协议将以地址 “192.168.0.5”作为目的地址。本机 IP 地址作为源地址，加上一些其他的控制信息，构建一 个 IP 数据包，并想办法得到 192.168.0.5 的MAC 地址，以便交给数据链路层构建一个数据帧。关键就在这里，IP层协议通过机器B的IP地址和自己的子网掩码，发现它跟自己属同一网络，就直接在本网络内查找这台机器的 MAC,如果以前两机有过通信，在 A 机的 ARP 缓存表应该 有 B 机 IP 与其 MAC 的映射关系，如果没有，就发一个 ARP 请求广播，得到 B 机的 MAC, 一并交给数据链路层。后者构建一个数据帧，目的地址是 IP 层传过来的物理地址，源地址则是本机的MAC地址，还要附加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将它们传送 出去。 主机 B 收到这个数据帧后，先检查它的目的地址，并和本机的MAC地址对比，如符合， 则接收；否则丢弃。接收后检查该数据帧，将 IP 数据包从帧中提取出来，交给本机的 IP 层 协议。同样，IP 层检查后，将有用的信息提取后交给 ICMP 协议，后者处理后，马上构建 一个 ICMP 应答包，发送给主机 A，其过程和主机 A 发送 ICMP 请求包到主机 B 一模一样。
在不同网段内：
在主机 A 上运行“Ping 192.168.1.4”后，开始跟上面一样，到了怎样得到 MAC 地址时，IP 协议通过计算发现 D 机与自己不在同一网段内，就直接将交由路由处理，也就是将路由的 MAC 取过来，至于怎样得到路由的 MAC，跟上面一样，先在 ARP 缓存表找，找不到就广播吧。路由得到这个数据帧后，再跟主机 D 进行联系，如果找不到，就向主机 A 返回一个 超时的信息。

Traceroute原理

Traceroute是用来侦测由源主机到目的主机所经过的路由的情况的重要工具，也是最简洁的工具，尽管ping可以进行侦测，但是ping受到IP头的限制（IP首部字段最多只能放9个IP地址），ping不能完全记录所经过的路由器，所以才会引入Traceroute。
Traceroute原理：其实Traceroute的原理很简单，他收到目的主机IP后，首先给目的主机发送一个TTL=1（TTL指生存时间）的udp数据包，而经过的第一个路由器收到这个数据包之后，自动把TTL减去1，而TTL变为0之后，路由器就将这个数据包抛弃了，并同时产生一个主机不可达的ICMP超时数据报给主机。主机收到这个ICMP数据报以后，会发送一个TTL=2的数据报给目的主机，然后刺激第二个路由器给主机发送ICMP数据报，如此反复，直到到达目的主机。这样Traceroute就可以拿到所有路由器的IP，从而避开IP头只能记录有限路由的IP地址。
那么我们怎么知道UDP到没到达目的主机呢？这就涉及一个技巧的问题，TCP和UDP协议有一个端口号定义，而普通的网络程序只监控少数的几个号码较小的端口，比如说80,比如说23,等等。而traceroute发送的是端口>30000(真变态)的UDP报，所以到达目的主机的时候，目的主机只能发送一个端口不可达的ICMP数据报给主机。主机接到这个报告以后就知道目的主机到了。

参考：
（1）https://blog.csdn.net/zhuying_linux/article/details/6770730
（2）https://blog.csdn.net/inject2006/article/details/2139149
（3）《TCP/IP详解卷1》