無論是在宿舍，還是在辦公室，或者運維一個資料中心，我們常常會遇到網路不通的問題，那臺機器明明就在那里，你甚至都可以通過機器的終端連上去看，它看著好好的，可是就是連不上去，究竟是哪里出了問題呢？
ICMP 協議的格式
一般情況下，你會想到 ping 一下，那你知道 ping 是如何作業的嗎？
ping 是基于 ICMP 協議作業的，ICMP 全稱 Internet Control Message Protocol，就是互聯網控制報文協議，這里面的關鍵詞是“控制”，那具體是怎么控制的呢？
網路包在例外復雜的網路環境中傳輸時，常常會遇到各種各樣的問題，當遇到問題的時候，總不能“死個不明不白”，要傳出訊息來，報告情況，這樣才可以調整傳輸策略，這就相當于我們經常看到的電視劇里，古代行軍的時候，為將為帥者需要通過偵察兵、哨探或傳令兵等人肉的方式來掌握情況，控制整個戰局，
ICMP 報文是封裝在 IP 包里面的，因為傳輸指令的時候，肯定需要源地址和目標地址，它本身非常簡單，因為作為偵查兵，要輕裝上陣，不能攜帶大量的包袱，
ICMP 報文有很多的型別，不同的型別有不同的代碼，最常用的型別是主動請求為 8，主動請求的應答為 0，
查詢報文型別
我們經常在電視劇里聽到這樣的話：主帥說，來人哪！前方戰事如何，快去派人打探，一有情況，立即通報！
這種是主帥發起的，主動查看敵情，對應 ICMP 的查詢報文型別，例如，常用的 ping 就是查詢報文，是一種主動請求，并且獲得主動應答的 ICMP 協議，所以，ping 發的包也是符合 ICMP 協議格式的，只不過它在后面增加了自己的格式，
對 ping 的主動請求，進行網路抓包，稱為 ICMP ECHO REQUEST，同理主動請求的回復，稱為ICMP ECHO REPLY，比起原生的 ICMP，這里面多了兩個欄位，一個是識別符號，這個很好理解，你派出去兩隊偵查兵，一隊是偵查戰況的，一隊是去查找水源的，要有個標識才能區分，另一個是序號，你派出去的偵查兵，都要編個號，如果派出去 10 個，回來 10 個，就說明前方戰況不錯；如果派出去 10 個，回來 2 個，說明情況可能不妙，
在選項資料中，ping 還會存放發送請求的時間值，來計算往返時間，說明路程的長短，
差錯報文型別
當然也有另外一種方式，就是差錯報文，
主帥騎馬走著走著，突然來了一匹快馬，上面的小兵氣喘吁吁的：報告主公，不好啦！張將軍遭遇埋伏，全軍覆沒啦！這種是例外情況發起的，來報告發生了不好的事情，對應 ICMP 的差錯報文型別，
我舉幾個 ICMP 差錯報文的例子：終點不可達為 3，源抑制為 4，超時為 11，重定向為 5，這些都是什么意思呢？我給你具體解釋一下，
第一種是終點不可達，小兵：報告主公，您讓把糧草送到張將軍那里，結果沒有送到，如果你是主公，你肯定會問，為啥送不到？具體的原因在代碼中表示就是，網路不可達代碼為 0，主機不可達代碼為 1，協議不可達代碼為 2，埠不可達代碼為 3，需要進行分片但設定了不分片位代碼為 4，
具體的場景就像這樣：
- 網路不可達：主公，找不到地方呀？
- 主機不可達：主公，找到地方沒這個人呀？
- 協議不可達：主公，找到地方，找到人，口號沒對上，人家天王蓋地虎，我說 12345！
- 埠不可達：主公，找到地方，找到人，對了口號，事兒沒對上，我去送糧草，人家說他們在等救兵，
- 需要進行分片但設定了不分片位：主公，走到一半，山路狹窄，想換小車，但是您的將令，嚴禁換小車，就沒辦法送到了，
第二種是源站抑制，也就是讓源站放慢發送速度，小兵：報告主公，您糧草送的太多了吃不完，
第三種是時間超時，也就是超過網路包的生存時間還是沒到，小兵：報告主公，送糧草的人，自己把糧草吃完了，還沒找到地方，已經餓死啦，
第四種是路由重定向，也就是讓下次發給另一個路由器，小兵：報告主公，上次送糧草的人本來只要走一站地鐵，非得從五環繞，下次別這樣了啊，
差錯報文的結構相對復雜一些，除了前面還是 IP，ICMP 的前 8 位元組不變，后面則跟上出錯的那個 IP 包的 IP 頭和 IP 正文的前 8 個位元組，
而且這類偵查兵特別恪盡職守，不但自己回傳來報信，還把一部分遺物也帶回來，
- 偵察兵：報告主公，張將軍已經戰死沙場，這是張將軍的印信和佩劍，
- 主公：神馬？張將軍是怎么死的（可以查看 ICMP 的前 8 位元組）？沒錯，這是張將軍的劍，是他的劍（IP 資料包的頭及正文前 8 位元組），
ping：查詢報文型別的使用
接下來，我們重點來看 ping 的發送和接收程序，
假定主機 A 的 IP 地址是 192.168.1.1，主機 B 的 IP 地址是 192.168.1.2，它們都在同一個子網，那當你在主機 A 上運行“ping 192.168.1.2”后，會發生什么呢?
ping 命令執行的時候，源主機首先會構建一個 ICMP 請求資料包，ICMP 資料包內包含多個欄位，最重要的是兩個，第一個是型別欄位，對于請求資料包而言該欄位為 8；另外一個是順序號，主要用于區分連續 ping 的時候發出的多個資料包，每發出一個請求資料包，順序號會自動加 1，為了能夠計算往返時間 RTT，它會在報文的資料部分插入發送時間，
然后，由 ICMP 協議將這個資料包連同地址 192.168.1.2 一起交給 IP 層，IP 層將以 192.168.1.2 作為目的地址，本機 IP 地址作為源地址，加上一些其他控制資訊，構建一個 IP 資料包，
接下來，需要加入 MAC 頭，如果在本節 ARP 映射表中查找出 IP 地址 192.168.1.2 所對應的 MAC 地址，則可以直接使用；如果沒有，則需要發送 ARP 協議查詢 MAC 地址，獲得 MAC 地址后，由資料鏈路層構建一個資料幀，目的地址是 IP 層傳過來的 MAC 地址，源地址則是本機的 MAC 地址；還要附加上一些控制資訊，依據以太網的介質訪問規則，將它們傳送出去，
主機 B 收到這個資料幀后，先檢查它的目的 MAC 地址，并和本機的 MAC 地址對比，如符合，則接收，否則就丟棄，接收后檢查該資料幀，將 IP 資料包從幀中提取出來，交給本機的 IP 層，同樣，IP 層檢查后，將有用的資訊提取后交給 ICMP 協議，
主機 B 會構建一個 ICMP 應答包，應答資料包的型別欄位為 0，順序號為接收到的請求資料包中的順序號，然后再發送出去給主機 A，
在規定的時候間內，源主機如果沒有接到 ICMP 的應答包，則說明目標主機不可達；如果接收到了 ICMP 應答包，則說明目標主機可達，此時，源主機會檢查，用當前時刻減去該資料包最初從源主機上發出的時刻，就是 ICMP 資料包的時間延遲，
當然這只是最簡單的，同一個局域網里面的情況，如果跨網段的話，還會涉及網關的轉發、路由器的轉發等等，但是對于 ICMP 的頭來講，是沒什么影響的，會影響的是根據目標 IP 地址，選擇路由的下一跳，還有每經過一個路由器到達一個新的局域網，需要換 MAC 頭里面的 MAC 地址，這個程序后面幾節會詳細描述，這里暫時不多說，
如果在自己的可控范圍之內，當遇到網路不通的問題的時候，除了直接 ping 目標的 IP 地址之外，還應該有一個清晰的網路拓撲圖，并且從理論上來講，應該要清楚地知道一個網路包從源地址到目標地址都需要經過哪些設備，然后逐個 ping 中間的這些設備或者機器，如果可能的話，在這些關鍵點，通過 tcpdump -i eth0 icmp，查看包有沒有到達某個點，回復的包到達了哪個點，可以更加容易推斷出錯的位置，
經常會遇到一個問題，如果不在我們的控制范圍內，很多中間設備都是禁止 ping 的，但是 ping 不通不代表網路不通，這個時候就要使用 telnet，通過其他協議來測驗網路是否通，這個就不在本篇的講述范圍了，
說了這么多，你應該可以看出 ping 這個程式是使用了 ICMP 里面的 ECHO REQUEST 和 ECHO REPLY 型別的，
Traceroute：差錯報文型別的使用
那其他的型別呢？是不是只有真正遇到錯誤的時候，才能收到呢？那也不是，有一個程式 Traceroute，是個“大騙子”，它會使用 ICMP 的規則，故意制造一些能夠產生錯誤的場景，
所以，Traceroute 的第一個作用就是故意設定特殊的 TTL，來追蹤去往目的地時沿途經過的路由器，Traceroute 的引數指向某個目的 IP 地址，它會發送一個 UDP 的資料包，將 TTL 設定成 1，也就是說一旦遇到一個路由器或者一個關卡，就表示它“犧牲”了，
如果中間的路由器不止一個，當然碰到第一個就“犧牲”，于是，回傳一個 ICMP 包，也就是網路差錯包，型別是時間超時，那大軍前行就帶一頓飯，試一試走多遠會被餓死，然后找個哨探回來報告，那我就知道大軍只帶一頓飯能走多遠了，
接下來，將 TTL 設定為 2，第一關過了，第二關就“犧牲”了，那我就知道第二關有多遠，如此反復，直到到達目的主機，這樣，Traceroute 就拿到了所有的路由器 IP，當然，有的路由器壓根不會回這個 ICMP，這也是 Traceroute 一個公網的地址，看不到中間路由的原因，
怎么知道 UDP 有沒有到達目的主機呢？Traceroute 程式會發送一份 UDP 資料報給目的主機，但它會選擇一個不可能的值作為 UDP 埠號（大于 30000），當該資料報到達時，將使目的主機的 UDP 模塊產生一份“埠不可達”錯誤 ICMP 報文，如果資料報沒有到達，則可能是超時，
這就相當于故意派人去西天如來那里去請一本《道德經》，結果人家信佛不信道，訊息就會被打出來，被打的訊息傳回來，你就知道西天是能夠到達的，為什么不去取《心經》呢？因為 UDP 是無連接的，也就是說這人一派出去，你就得不到任何音信，你無法區別到底是半路走丟了，還是真的信佛遁入空門了，只有讓人家打出來，你才會得到訊息，
Traceroute 還有一個作用是故意設定不分片，從而確定路徑的 MTU，要做的作業首先是發送分組，并設定“不分片”標志，發送的第一個分組的長度正好與出口 MTU 相等，如果中間遇到窄的關口會被卡住，會發送 ICMP 網路差錯包，型別為“需要進行分片但設定了不分片位”，其實，這是人家故意的好吧，每次收到 ICMP“不能分片”差錯時就減小分組的長度，直到到達目標主機，
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