网络篇11 | 网络层 ICMP

2024-04-17 07:29:11

网络篇11 | 网络层 ICMP

  • 01 简介
  • 02 报文格式
    • 1）Type(类型)
    • 2）Code(代码)
    • 3）Checksum(校验和)
    • 4）ICMP数据部分
  • 03 ICMP数据抓包
    • 1）类型 8：回显请求（Echo Request）
    • 2）类型 13：时间戳请求（Timestamp Request）
      • 协议类型 13（Timestamp 请求）
      • 协议类型 14（Timestamp 应答）
    • 3）类型 17：地址掩码请求（Address Mask Request）
    • 4）类型 9：路由器请求信息（Router Solicitation）
    • 5）类型 10：路由器通告信息（Router Advertisement）
    • 6）类型 3：终点不可达（Destination Unreachable）
    • 7）类型 4：源点抑制（Source Quench）
    • 8）类型 11，超时（Time Exceeded）
    • 9）类型 12：参数问题（Parameter Problem）
    • 10）类型 5：改变路由（路由重定向）
  • 04 关于ICMP报文的几个限制

01 简介

从技术角度来说，ICMP就是一个“错误侦测与回报机制”，其目的就是能够检测网路的连线状况﹐也能确保连线的准确性。当路由器在处理一个数据包的过程中发生了意外，可以通过ICMP向数据包的源端报告有关事件。
其功能主要有：侦测远端主机是否存在，建立及维护路由资料，重导资料传送路径（	ICMP重定向	），资料	流量控制	。ICMP在沟通之中，主要是透过不同的类别(Type)与代码(Code) 让机器来识别不同的连线状况。
在网络中经常会使用到ICMP协议，比如经常使用的用于检查网络通不通的	Ping	命令（Linux和Windows中均有），这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。

02 报文格式

在这里插入图片描述

ICMP报文包含在IP数据报中，属于IP的一个用户，IP头部就在ICMP报文的前面，所以一个ICMP报文包括IP头部、ICMP头部和ICMP报文，IP头部的Protocol值为1就说明这是一个ICMP报文，ICMP头部中的类型（Type）域用于说明ICMP报文的作用及格式，此外还有一个代码（Code）域用于详细说明某种ICMP报文的类型，所有数据都在ICMP头部后面。
ICMP报文格式具体由RFC 777，RFC 792规范。

1）Type(类型)

ICMP 报文类型（ICMP Message Type）是指具体的 ICMP 报文中的消息类型，每种类型有一个独特的 Type 编号。
ICMP 类型则更广泛地指代 ICMP 协议本身，表明这些报文是用于控制和管理网络的协议。

下面是一些常见的 ICMP 报文类型及其对应类型的编号：

  • 类差错报文（差异报告报文）：
    • 目标不可达（Destination Unreachable）：Type 3
    • 源抑制（Source Quench）：Type 4
    • 超时（Time Exceeded）：Type 11
    • 参数问题（Parameter Problem）：Type 12
  • 查询报文：
    • 回显请求（Echo Request）：Type 8
    • 回显应答（Echo Reply）：Type 0
    • 时间戳请求（Timestamp Request）：Type 13
    • 时间戳应答（Timestamp Reply）：Type 14
  • 其他类型：
    • 地址掩码请求（Address Mask Request）：Type 17
    • 地址掩码应答（Address Mask Reply）：Type 18

2）Code(代码)

在 ICMP 报文中，Code 字段通常用于进一步细分报文类型。虽然许多 ICMP 报文类型并不使用 Code 字段，但有些特定的报文类型需要使用 Code 来提供更具体的信息或上下文。以下是一些场景，其中 Code 字段可能会被使用：

  • 差错报文（差异报告报文）：某些差错报文类型需要使用 Code 字段来指示特定类型的错误情况。例如，Type 3 的 Destination Unreachable 报文中的 Code 字段可以指示目标不可达的具体原因（网络不可达、主机不可达等）。
    在这里插入图片描述

  • 参数问题（Parameter Problem）：Type 12 的 Parameter Problem 报文使用 Code 字段来指示问题的具体位置，例如指示 IP 报文头部中的哪个字段存在问题。

  • 重定向报文（Redirect Message）：Type 5 的 Redirect 报文使用 Code 字段来指示重定向数据包的类型，即指示应将数据包发送到哪个更佳的网关。

  • 时间超时（Time Exceeded）：Type 11 的 Time Exceeded 报文中的 Code 字段可用于区分生存时间（TTL）超时和片段重新组装超时。

3）Checksum(校验和)

Checksum 的目的是帮助检测数据传输过程中可能引入的错误，例如传输错误、篡改或数据包损坏等。当接收方计算得到的校验和与数据包中的校验和不匹配时，接收方可能会丢弃该数据包或请求重新传输，以确保数据的完整性和正确性。Checksum 在网络通信中起着重要的作用，有助于提高数据传输的可靠性和安全性。

当涉及校验和时，通常会看到以下几种情况：

  • Match（匹配）：表示重新计算的校验和与数据包中的校验和完全一致，说明数据包未受损坏或篡改。
  • Mismatch（不匹配）：意味着重新计算的校验和与数据包中的校验和不一致，表明数据包可能已经被损坏或篡改，需要进行进一步处理，如丢弃或请求重传。
  • Valid/Invalid Checksum（有效/无效校验和）：表示校验和字段是否被正确设置或计算。一个有效的校验和应该能够成功验证数据包的完整性，而无效的校验和可能会导致数据包被丢弃或要求重新传输。

4）ICMP数据部分

ICMP（Internet Control Message Protocol）数据部分在 ICMP 报文中扮演着重要的角色，用于携带特定类型的信息或负载数据。以下是 ICMP 数据部分的一些特点：

  • 根据不同的 ICMP 报文类型而异：ICMP 数据部分的内容取决于具体的 ICMP 报文类型。不同类型的 ICMP 报文可能包含不同的信息或负载数据。
  • 提供有关网络状态或问题的信息：ICMP 数据部分通常用于提供有关网络状态、错误或其他相关信息的内容。例如，Echo Request 报文中的数据部分可能包含发送方发送的用于回显测试的数据；Destination Unreachable 报文可能包含有关无法到达目标的具体原因。
  • 用于识别和处理报文：数据部分有助于接收方正确解析和处理 ICMP 报文。通过检查数据部分中的内容，接收方可以确定报文的用途并采取相应的行动。
  • 长度可变：ICMP 数据部分的长度是可变的，取决于具体的 ICMP 报文类型以及所携带的信息量。有些报文可能只包含少量数据，而其他报文可能携带更多的信息。
  • 用于网络工具和故障排除：ICMP 数据部分对于网络工具和故障排除非常有用。通过分析 ICMP 数据部分中的内容，可以了解网络中发生的情况，并帮助诊断问题。

03 ICMP数据抓包

1）类型 8：回显请求（Echo Request）

类型 8（Echo 请求）：发送方向目标主机发送 Echo 请求报文，请求目标主机回送一个 Echo 应答报文。这种类型的 ICMP 报文通常用于检测网络连接是否正常以及计算网络延迟。
类型 0（Echo 应答）：目标主机收到 Echo 请求后，会向发送方返回一个 Echo 应答报文。这种类型的 ICMP 报文是对 Echo 请求的响应。

  • 命令请求
ping www.baidu.com

  • 第一层Frame全局信息（物理层）
    给出了数据帧的全局信息，显示了包括帧长74个字节，帧到达的时间，接口的编号和帧的类型。
    在这里插入图片描述

  • 第二行数据帧头部信息（数据链路层）
    可以看到以太帧头部包括的三个字段，目的MAC地址，源MAC地址、类型字段，类型字段取值为十六进制的0800，说明数据帧中包含的是一个IP分组。
    在这里插入图片描述

  • 第三行IP分组头部信息（网络层）
    包括版本号4，头部长度20字节，服务类型，数据报总长度，用于分片的标志字0，分片偏移字段0，说明这是一个完整的IP数据报。没有被分片。生存周期128，表示最多允许经过128跳路由器的转发。协议字段1，说明IP分组里面封装的是一个ICMP报文，头部校验、源IP地址，目的IP地址。我们可以对照以太网IP协议规范的报文格式来检查ICMP报文该字段是符合规范的。
    在这里插入图片描述

  • 第四行是ICMP的协议报文
    具体内容是类型8，Code：0表明这是一个 Echo (ping) request也就是一个回应请求报文，校验和字段，这三个字段是所有ICMP报文的通用首部，或称为固定首部，下面的标识字段（Identifier (BE): 1 (0x0001)）和序号字段（Sequence Number (BE): 1434 (0x059a)），都是用两种不同的字节序来显示的。标识代表的是当前运行的ping进程的标识，序号字段代表ping生成的ICMP报文的编号

  • 协议类型 8（Echo 请求）详解
    在这里插入图片描述

这是一个回显请求（Ping请求）

  • Type字段，标明了报文的类型， request 表示这是一个「请求」报文。
  • Code字段，标明了报文的代码。
  • Checksum：Status = Good，表示校验状态是良好的，报文无误
    BE 和 LE 这四个字段用来对应请求和响应的关系。请求和响应中，这四个字段都是一样的，用来标识这次请求。请求与响应两个报文必须完全一致。
  • Data：发送了多少「字节」
  • 协议类型 0（Echo 应答）详解
    在这里插入图片描述

这是一个回显应答（Ping应答）

  • Type字段，标明了报文的类型， reply 表示这是一个「响应」报文。
  • Code字段，标明了报文的代码。
  • Checksum：Status = Good，表示校验状态是良好的，报文无误
  • BE 和 LE 这四个字段用来对应请求和响应的关系。请求和响应中，这四个字段都是一样的，用来标识这次请求。请求与响应两个报文必须完全一致。
  • Response time：Ping命令返回的响应时间，就是从这里获取的
  • Data：发送了多少「字节」

2）类型 13：时间戳请求（Timestamp Request）

类型 13（Timestamp 请求）和类型 14（Timestamp 应答）：Timestamp 请求用于请求目标主机的时间戳信息，而Timestamp 应答则是目标主机对Timestamp请求的响应，包含其自己的时间戳信息。

  • 命令请求
    在一个Linux上执行命令，192.168.10.238为我本机ip4地址：
 (base) [root@vm12_efficiency01_50_221 ~]# hping3 -c 1 -V -p 0 --icmp -C 13  192.168.10.238
  • 这是关于 hping3 命令的详细解释：
    • hping3: 这是用于发送定制化网络数据包的工具。
    • -c 1: 表示设置发送的数据包数量为 1，即只发送一个数据包。
    • -V: 启用冗长输出模式，可以显示更详细的信息。
    • -p 0: 设置要发送的数据包的目的端口为 0。在 ICMP 报文中，端口号通常不适用，因此设置为 0。
    • –icmp: 指定要发送的数据包使用 ICMP 协议。
    • -C 13: 用于指定 ICMP 报文的类型为 13，即 Timestamp 请求。这告诉 hping3 发送一个 ICMP 类型为 Timestamp 请求的数据包。
    • 192.168.10.238: 是目标主机的 IP 地址，表示数据包将发送到该目标主机。
using eth0, addr: 192.168.50.221, MTU: 1500
HPING 192.168.10.238 (eth0 192.168.10.238): icmp mode set, 28 headers + 0 data bytes
len=40 ip=192.168.10.238 ttl=127 id=41685 tos=0 iplen=40
icmp_seq=0 rtt=0.7 ms
ICMP timestamp: Originate=3251593 Receive=1738092800 Transmit=1738092800
ICMP timestamp RTT tsrtt=1


--- 192.168.10.238 hping statistic ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.7/0.7/0.7 ms
  • 以下是收到的响应结果：
    • HPING 192.168.10.238: 表示正在使用 hping 工具向目标主机 192.168.10.238 发送 ICMP 报文。
    • icmp mode set, 28 headers + 0 data bytes: 这表明 ICMP 模式已设置，并且发送的 ICMP 报文中包含 28 字节的头部信息。
    • len=40 ip=192.168.10.238 ttl=127 id=41685 tos=0 iplen=40: 这是关于 ICMP 报文的一些详细信息，包括长度、IP 地址、TTL（Time to Live）等。
    • icmp_seq=0 rtt=0.7 ms: 指示收到的 ICMP 应答中的序列号和往返时间为 0.7 毫秒。
    • ICMP timestamp: Originate=3251593 Receive=1738092800 Transmit=1738092800: 显示了 Timestamp 请求和应答中涉及的时间戳信息。
    • ICMP timestamp RTT tsrtt=1: 提供了有关 Timestamp 请求往返时延的信息。
    • — 192.168.10.238 hping statistic —: 总结了发送和接收的数据包统计信息。
    • 1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss: 表示发送了 1 个数据包并成功接收了一个，没有数据包丢失。
  • round-trip min/avg/max = 0.7/0.7/0.7 ms: 显示了往返时间的最小、平均和最大值。

协议类型 13（Timestamp 请求）

在这里插入图片描述

  • Type: 表示 ICMP 报文类型，这里是 Timestamp 请求 (Type 13)。
  • Code: 帮助进一步细分消息类型，这里是 0，通常对应于 Timestamp 请求。
  • Checksum: 校验和字段，用于验证数据包完整性。
  • Identifier: 标识符字段，可用于与响应相关联，BE 表示 Big Endian（大端序），LE 表示 Little Endian（小端序）。
  • Sequence Number: 序列号字段，用于标识数据包的顺序，BE 和 LE 分别表示大端序和小端序。
  • Originate Timestamp: 发起时间戳，指示报文发出时的时间戳。在这个例子中，为 4483987，表示在 UTC 午夜后 1 小时、14 分钟、43.987 秒时发出了该报文。
  • Receive Timestamp: 接收时间戳，请求报文值为 0。
  • Transmit Timestamp: 传输时间戳，请求报文值为 0。

协议类型 14（Timestamp 应答）

(base) [root@vm12_efficiency01_50_221 ~]# sudo hping3 -c 1 -M 14 192.168.10.238
HPING 192.168.10.238 (eth0 192.168.10.238): NO FLAGS are set, 40 headers + 0 data bytes
len=40 ip=192.168.10.238 ttl=127 DF id=28518 sport=0 flags=RA seq=0 win=0 rtt=0.7 ms

--- 192.168.10.238 hping statistic ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.7/0.7/0.7 ms

在这里插入图片描述

  • Type: 表示 ICMP 报文类型，这里是 Timestamp 应答 (Type 14)。
  • Code: 帮助进一步细分消息类型，这里是 0，通常对应于 Timestamp 应答。
  • Checksum: 校验和字段，用于验证数据包完整性。
  • Identifier: 标识符字段，可用于与请求相关联，BE 表示 Big Endian（大端序），LE 表示 Little Endian（小端序）。
  • Sequence Number: 序列号字段，用于标识数据包的顺序，BE 和 LE 分别表示大端序和小端序。
  • Originate Timestamp: 发起时间戳，指示报文发出时的时间戳。在这个例子中，为 4483987，表示在 UTC 午夜后 1 小时、14 分钟、43.987 秒时发出了此报文。
  • Receive Timestamp: 接收时间戳，表示目标主机接收到该报文时的时间戳。值为 1969701888，即在 UTC 午夜后 1 小时、14 分钟、42.933 秒时接收到了报文。
  • Transmit Timestamp: 传输时间戳，表示发送方发送该报文时的时间戳。和接收时间戳相同，值也为 1969701888，即在 UTC 午夜后 1 小时、14 分钟、42.933 秒时发送了该报文。

3）类型 17：地址掩码请求（Address Mask Request）

类型 17（Address Mask 请求）和类型 18（Address Mask 应答）：Address Mask 请求用于请求目标主机的子网掩码信息，以获取目标主机所使用的子网掩码。Address Mask 应答则是目标主机对Address Mask请求的响应，包含其所使用的子网掩码信息。

(base) [root@vm12_efficiency01_50_221 ~]# sudo hping3 -c 1 -M 17 192.168.10.238
HPING 192.168.10.238 (eth0 192.168.10.238): NO FLAGS are set, 40 headers + 0 data bytes
len=40 ip=192.168.10.238 ttl=127 DF id=9849 sport=0 flags=RA seq=0 win=0 rtt=0.8 ms

--- 192.168.10.238 hping statistic ---
1 packets transmitted, 1 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 0.8/0.8/0.8 ms

4）类型 9：路由器请求信息（Router Solicitation）

一种 ICMPv6 报文类型，主机用来请求附近路由器发送路由器通告信息，以获取网络配置信息。

5）类型 10：路由器通告信息（Router Advertisement）

一种 ICMPv6 报文类型，用于路由器向主机发送网络配置信息或路由信息的通告。

6）类型 3：终点不可达（Destination Unreachable）

用于通知发送方数据包无法到达目的地的原因，比如网络不可达、主机不可达、协议不可达等。

Code: 具体原因，如网络不可达 (Code 0)、主机不可达 (Code 1)、协议不可达 (Code 2) 等。

在这里插入图片描述

我本地使用FinalShell连接上了192.168.50.221的服务器，以上是抓包信息。

7）类型 4：源点抑制（Source Quench）

用于控制源主机流量，提示发送端减缓数据发送速度。

Code: 0

8）类型 11，超时（Time Exceeded）

指示某个数据包生命周期中的时间已过期，可能由于 TTL（Time-To-Live）字段减至0或者片段在重新组装时耗时过长导致。

Code: TTL 为 0 (Code 0) 或片段重组时间过长 (Code 1)。

9）类型 12：参数问题（Parameter Problem）

用于指示 IP 报文头部中的一个问题，例如数据包长度不正确或者选项字段格式错误。

Code: 指示头部中的具体问题，如必要选项丢失 (Code 0)、首部长度不正确 (Code 1)。

10）类型 5：改变路由（路由重定向）

用于告知发送方将某个特定流量通过更优的路径发送。

Code: 通常表示重定向主机 (Code 0) 或重定向服务 (Code 1)。

04 关于ICMP报文的几个限制

1.对于携带ICMP差错报文的数据报，不再产生ICMP差错报文。
  如果主机A发送了一个ICMP的数据报文给主机B，数据在传输过程中经过其中一个路由器出现错误，由于该路由器已经接收到一个ICMP数据报文，所以不会再产生一个ICMP差错报文。
2.对于分片的数据报，如果不是第一个分片，则不产生ICMP差错报文
  对于主机A发送了一个分片的数据，如果路由设备或主机接收到的分片数据不是第一个分片数据，不会产生ICMP差错报文。
3.对于具有多播地址的数据报，不产生ICMP差错报文
  如果一个ip地址是一个广播地址的话，不会产生ICMP差错报文。
4.对于具有特殊地址如（127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报，不产生ICMP差错报文

下面，我们通过wireshark来抓一个icmp包，如下图所示：request表示这是一个ICMP请求报文，reply表示这个是一个ICMP回答报文。

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