ping和traceroute的工作原理

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

PING原理

PING是基于ICMP协议（网络层）工作的

ICMP：Internet Control Message Protocol，互联网控制报文协议

ICMP用于报告传输过程中出现的问题，比如确认IP包是否成功送达，或者发送过程中被废弃的原因

比如主机A向主机B发送消息，在途径某个路由器时，无法发现B的存在。路由器就会向A发送一个ICMP不可达的数据包，A解析ICMP的首部和数据段得知具体信息

• ICMP报文

封装在IP包里，从左到右依次是IP头、ICMP头、ICMP数据段，后两部分构成IP数据段。

ICMP是IP首部的“协议”字段来区分，不同ICMP以其首部的“类型”和“代码”来区分

类型字段

大致分为两类，一类是主动查询（回送），一类是通知差错

查询类是由主机主动发送的，差错类是由路由遭遇异常时发送的

回送消息

PING命令就是根据回送消息来实现的，用于判断消息是否成功到达对端。其中，主动发送的叫回送请求，被动接收的叫回送应答

每发送一个消息，序号字段会自增1

目标不可达

当类型是目标不可达时，可以根据代码字段作进一步区分：

0. 网络不可达：根本找不到目标IP网络
1. 主机不可达：可以找到网络，但是找不到主机（可能未连接）
2. 协议不可达：通过某种协议（比如TCP）访问目的主机时，防火墙禁止该协议访问
3. 端口不可达：目的主机没有监听访问的端口
4. 需要分片但设置了不分片

原点抑制

遇到网络拥堵/低速路线时，向源主机发送原点抑制消息，从而增大传输间隔（等）

重定向消息

路由器发现了一条更优的路由选择

超时消息

TTL减小到0时，IP包被丢弃，然后发送超时消息

• PING

执行ping指令时发生了什么$(A\to B)$，同一子网

1. A构建ICMP回送请求消息（类型、序号、发送时间）
2. 通过ICMP构建IP数据包（源IP、目的IP、协议）
3. 添加MAC头（ARP映射表or发起ARP查询），获得数据帧（源MAC、目的MAC）
4. B收到数据帧，检查目的MAC，检查目的IP
5. 构建ICMP回送响应消息（类型、序号）
6. A收到后计算RTT

TRACEROUTE原理

和PING类似，TRACEROUTE同样是利用ICMP实现，但是TRACEROUTE（基于UDP）使用的是差错报文类型

1. 设置TTL，追踪途径的路由器
2. 设置不分片，确定MTU

追踪路由

发送一连串的ICMP，TTL不断增大，使每次能比前一次多经过一个路由。每次能够获取一个ICMP超时消息，其中就包含了最新到达的路由IP

TRACEROUTE会给ICMP设置一个**“不可能”的端口号**，如果到达目的主机了，就会收到端口不可达

确定MTU

通过需要分片但设置了不分片的差错消息实现

当发送的ICMP不分片，且大小大于MTU时，会被路由丢弃，然后返回差错ICMP告知MTU大小