为什么说 ICMP 协议是网络最强辅助

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今天咱们说说 ICMP 协议。ICMP 可谓是网络世界中的最强辅助了，IP数据包如果在途中遭遇不测的话，全靠 ICMP 来通知，要不然丢掉的IP数据包就有如石沉大海，从此杳无音信，发送方也不知道这个包有没有传输成功，倘若没有成功，那失败原因是什么？这些，全靠 ICMP 协议来通知。
ICMP 全称互联网控制报文协议（Internet Cntrol Message Protocol），是网络层的重要协议。

ICMP 是干啥用的

它到底是用来干啥的呢？为啥叫控制报文协议，控制的是什么？
ICMP 分为查询报文和差错报文两大类。查询报文是我们主动发起的，比如ping命令；而差错报文是在发生差错之后要发给源端的，这都是互联网协议模型约定好的。
ICMP的差错报文反馈发生在通信环境中的遇到的各种问题。通过这些信息，使管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施解决。
ICMP的差错报文是整个数据传输链路中非常重要的一个环节。打个比喻，差错报文就是一个只报告坏消息的信使，当数据包在网络中一路畅通的时候，ICMP 差错报文就像隐身了一样，你根本不会知道它的存在，一旦数据包在网络中碰到了各种各样的障碍，这个信使就出来活动了，它的目的只有一个，就是把这个数据包遭遇的不测通知给发送端，但是话术就那么20多种（对应差错代码）。
比如下面两个场景，想必你也有点熟悉吧。

• 当路由器收到一份IP数据报但又不能转发时，就要发送一份 ICMP「主机不可达」差错报文。
  
• 当IP数据报应该被发送到另一个路由器时，收到数据报的路由器就要发送 ICMP「重定向」差错报文给IP数据报的发送端。
  

ICMP 协议说明

虽然工作在网络层，看上去和 IP 协议是并列的，但是 ICMP 报文要附加 IP 头，一般被 IP 层或者更高层的协议（例如TCP或UDP）使用。很少有应用程序直接使用 ICMP 协议，除了 ping、traceroute。

ICMP 协议格式

ICMP 协议格式和 IP 协议、TCP 协议这些比起来，那还是非常简单的。

类型
类型字段占用 8 位，主要定义报文的大类，比如类型为 3 统一表示的是不可达，而具体原因是什么则要由代码字段决定。
代码
代码字段同样占用 8 位，代码字段其实就是类型下的子类型，比如上面说了类型为 3 是不可达，代码为 0 表示网络不可达，代码为 1 表示主机不可达。
检验和
用于错误检查，和 IP 协议的检验和的作用一致。
内容
因为类型和代码不同，表示产生差错的原因不同，不同的原因都要有对应的描述，内容这部分就是用来描述产生差错的原因的。
接下来会举几个例子说明。
下面这张图是 ICMP 的分类，包括查询报文和差错报文，需要原始 Excel 的同学可以回复 ICMP获取源文件。

目的不可达差错报文

目的不可达是网络传输中经常遇到的问题，各位在开发的过程中可能也碰到过，尤其是做网络编程的时候，经常会碰到，比如连错IP了，比如端口设置错了。
通过上表可知，当类型为 3 的时候，都是不可达的错误，而代码可以从 0 -15，也就是说有16种不可达的具体原因。这种情况下的协议格式是下面这样的。

类型为 3 ，代码 0 - 15。检验和后面有 4 个字节的空间是不使用的，但是必须为0 ，没理由，就这样。
前面说到了内容部分是根据类型和代码不同而不同的。如果是目的不可达，也就是类型是 3 的情况下，内容分为两部分，IP首部和原始IP数据报中数据部分的前 8 个字节。
原始IP数据报中数据部分指的就是TCP或者UDP这些网络层之上的协议，拿 TCP 来说，TCP 是传输层的，当 TCP 数据报到达网络层，会加上 IP 首部，变成一个 IP 数据包。所以这里说的数据部分就是 TCP 数据报，但是这个数据报可能很大，所以只用前  8 个字节就够了，因为前8个字节包含的信息已经足够用了。
回想一下 TCP 协议的格式，前 8 个字节就是下图红框部分，包含源端口和目的端口以及序号。

例如代码为 3 的时候，差错信息是端口不可达，那有了 TCP 协议的前8个字节就能知道导致这个错误的原始数据报文中的目的端口是多少，不可达的端口也就是这个端口。也可以知道原始报文的源端口是多少，有了源端口号就知道这个数据包是哪个用户进程发出来的，就可以交给这个进程对这个差错及时进行处理了。

源端口号是关联用户进程的重要标示，比如我们开发了一个应用，这个应用占用了 8888和8898两个端口，如果安装了这个应用的机器收到了一个差错报文，而差错报文中的内容部分的原始数据包前8个字节拆解后，发现源端口是8898，那就知道这个要交给我们开发的这个应用去处理了。

下面是一个端口不可达的差错报文，用 WireSharek 监测到的格式。
telnet 一个没有开放的端口即可获得 ICMP 端口不可达的差错报文。

查询报文

将 ICMP 用作查询报文的场景比较少，用作查询报文的意思就像是使用 ARP 协议或者 TCP 协议这种，是我们主动发起的，只不过选了 ICMP 协议。
比如 ping 和 traceroute这两个，之后我们再讲，这两个比较有意思，对 ICMP 应用很巧妙。
另外，可以用作无盘系统启动过程中来获取自身的子网掩码。还可以用作向第三方系统查询当前的时间戳。
了解一下就可以了。
有一些场景不发送差错报文

有些场景下是不发送差错报文的，这样做的目的是为了防止ICMP差错报文带来广播风暴。

• ICMP差错报文本身发生差错，是不会对差错报文再发送差错报文的。是不是读起来有点绕，TCP 、UDP 出错会发送差错报文，但是 ICMP差错报文在通知源端的过程出错了，那就不管了，要不然可能就没玩没了的发了，比如源端的网线断了。但是， ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文，比如ping命令在传输过程中出错了，源端会收到差错报文。
  
• 目的地址是广播地址或多播地址（D类地址）的IP数据报，不发送差错报文。
  
• 作为链路层广播的数据报，不发送差错报文，ARP 就是典型的链路层广播数据报。
  
• 不是IP分片的第一片，不发送差错报文。数据如果过长，网络层是会进行分片的，这些分片实际上还是同一个数据包的，这种情况下只对第一片发送差错报文，其他分片不管。
  
• 源地址不是单个主机的数据报，不发送差错报文。 源地址不能为零地址、环回地址、广播地址或多播地址。
  

总结

1、 ICMP 在网络层，但要加上 IP 首部；
2、ICMP 分为查询报文和差错报文，主要用到的还是差错报文；
3、ICMP 的差错报文就好像一个只通知坏消息的信息，当数据报在网络中出现问题的时候，及时告知源端，告知的内容包括原因以及产生错误的原始数据报的必要部分；
4、有一些情况是不会发送 ICMP 差错报文的，这样做是为了防止网络风暴；
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