一、ICMP概述

Internet控制报文协议（Internet Control Message Protocol）是网络层的一个重要协议。ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，它对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障具有至关重要的作用。使用基于ICMP的应用时，需要对ICMP的工作原理非常熟悉。

ICMP是TCP/IP协议簇的核心协议之一，它用于在IP网络设备之间发送控制报文，传递差错，控制，查询等信息
Ping不通的原因有很多种：

1. 可能数据包就没有发送出去
2. 可能去往目的的中途给丢了
3. 接收方给丢了
4. 接收方不回复
5. 接收方回复了但中途丢了

1.1 ICMP重定向

• 当主机和网关和另一网络在同一总线上时，主机去往其它网段的时候，都要把数据交给自己的网关，让网关来转发数据，但是当网关收到这股流量时，发现这个网段在其内网中，所以向主机发送一个ICMP的重定向报文，让主机直接发送流量到10.0.0.200这台路由器，然后主机收到这个重定向报文以后，以后所有去往这个网段的流量都会直接发送给10.0.0.200这台路由器。

1.2 ICMP差错检测

• ICMP Echo Request和ICMP Echo Reply分别用来查询和响应某些消息，进行差错控制。
• ICMP Echo消息常用于诊断源和目的之间的网络连通信，还可以提供其它信息，如报文往返时间等。

1.3 ICMP错误报告

• 当网络设备无法访问目标时，会自动发送ICMP目的不可达报文到发送端设备。
• ICMP定义了各种错误信息，用于诊断网络连接性问题，根据这些错误信息，源设备可以判断数据传输错误的原因。比如，如果网络中发生了环路，导致报文在网络中循环，最终TTL超时，这种情况下网络设备会发送TTL超时报文给发送端设备，又比如如果目的不可达，则中间的网络设备会发送目的不可达信息给发送端设备。目的不可达的情况有多种，如果是网络设备无法找到目的网络，则发送目的网络不可达信息，如果网络设备无法找到网络中的目的主机，则发送目的主机不可达信息。

1.4 ICMP数据包格式

• Type是ICMP报文类型，Code是编码，Checksum是校验和。

ICMP消息封装在IP报文中。ICMP消息的格式取决于Type和Code字段，其中Type字段为消息类型，Code字段包含该消息类型的具体参数。后面的校验和字段用于检查信息是否完整。消息中包含32比特的可变参数，这个字段一般不使用，通常设置为0。在ICMP Redirect消息中，这个字段用来指定网关IP地址，主机根据这个地址将报文重定向到指定网关。在Echo请求消息中，这个字段包含标识符和序号，源端根据这两个参数将收到的回复消息与本端发送的Echo请求消息进行关联。尤其是当源端向目的端发送了多个Echo请求消息时，需要根据标识符和序号将Echo请求和回复进行一一对应。

1.5 ICMP消息类型和编码类型

ICMP定义了多种消息类型，用于不同的场景。有些消息不需要Code字段来描述具体类型参数，仅用Type字段表示消息类型。比如，ICMP Echo回复消息的Type字段设置为0。
有些ICMP消息使用Type字段定义消息大类，用Code字段表示消息的具体类型。比如类型为3的消息表示目的不可达，不同的Code值表示不可达的原因，包括目的网络不可达（Code=0）、目标主机不可达（Code=1）、协议不可达（Code=2）、目的TCP/UDP端口不可达（Code=3）等。

1.6 ICMP应用

ICMP的一个典型应用是Ping。Ping是检测网络连通信的常用工具，同时也能够收集其它相关信息。用户可以在Ping命令中指定不同参数，如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数，等待回复响应的超时信息等，设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文，进行Ping测试。

ICMP的另一个典型应用是Tracert。Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。为了跟踪到达某特定目的地址的路径，源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后，TTL超时，于是该节点向源端发送TTL超时信息，信息中携带时间戳。然后源端将报文的TTL值设置为2，报文到达第二个节点后超时，该节点同样返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点，并根据时间戳信息计算往返时间。Tracert是检测网络丢包及时延的有效手段，同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路。

Tracert常用的配置参数说明如下：

• -a source-ip-address指定Tracert报文的源地址
• -f first-ttl指定初始TTL。缺省值是1
• -m max-ttl指定最大TTL，缺省值是30
• -name使能显示每一跳的主机名
• -p port指定目的主机的UDP端口号

源端（RTA）向目的端（主机B）发送一个UDP报文，TTL值为1，目的UDP端口号是大于30000一个数，因为在大多数情况下，大于30000的UDP端口号是任何一个应用程序都不可能使用的端口号。
第一跳（RTB）收到源端发出的UDP报文后，判断出报文的目的IP地址不是本机IP地址，将TTL值减1后，判断出TTL值等于0，则丢弃报文并向源端发送一个ICMP超时（Time Exceeded）报文（该报文中含有第一跳的IP地址10.0.0.2），这样源端就得到了RTB的地址。
源端收到RTB的ICMP超时报文后，再次向目的端发送一个UDP报文，TTL值为2.
第二跳（RTC）收到源端发出的UDP报文后，回应一个ICMP超时报文，这样源端就得到了RTC的地址。
以上过程不断进行，直到目的端收到源端发送的UDP报文后，判断出目的IP地址是本机IP地址，则处理此报文。根据报文中的目的UDP端口号寻找占用此端口号的上层协议，因目的端没有应用程序使用该UDP端口号，则向源端返回一个ICMP端口不可达（Destination Unreachable）报文。
源端收到ICMP端口不可达报文后，判断出UDP报文已经到达目的端，则停止Tracert程序，从而得到数据报文从源端到目的端所经历的路径（10.0.0.2、20.0.0.2、30.0.0.2）。

华为、Cisco的网络设备采用这种方式，发送的不是ICMP报文，是UDP报文，正常每一跳会回复TTL超时，最后一跳回复端口不可达。