5-Internet控制报文协议ICMP课件

第五章Internet控制报文协议ICMP计算机与通信工程学院张然——《网络协议分析》第五章Internet控制报文协议ICMP计算机与通信工程1主要内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例主要内容1、引言2基本要求1、掌握ICMP协议的作用和报文类型2、掌握ICMP协议的回送、时戳、掩码请求与应答报文3、掌握ICMP的路由器恳求与通告报文4、掌握ICMP的差错报告报文5、掌握Ping、Traceroute命令6、了解拥塞控制和路径控制技术基本要求1、掌握ICMP协议的作用和报文类型3学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言4网络中可能遇到的异常情况数据报在传送中可能会遇到各种异常，如:选路回路，IP数据报设置的TTL最终会递减为0分片丢失，信宿机分片重组时钟超时路由器找不到路径或信宿关机或信宿无法识别某些字段IP层将丢弃数据报，并向源端发回通告。其它情况：拥塞控制，向源发送减慢速度的通知发现最优路径的通知测试源端是否可达获取各路由器的本地时间网络中可能遇到的异常情况数据报在传送中可能会遇到各种异常，如5ICMP的作用传递网络控制信息、提供差错报告。问题：为什么要把这两项功能合二为一？（1）控制和差错报文都是特殊报文。（2）差错报告与差错控制总是密切相关的。ICMP的作用传递网络控制信息、提供差错报告。6ICMP协议与IP协议的关系1.ICMP与IP同层，只是IP软件中的一个模块。（1）功能不独立，只是IP的补充；（2）不是上层协议赖以存在的基础。2.ICMP报文封装在IP数据报中传送，其IP首部“协议”域指明为ICMP报文（代码为1）。ICMP首部ICMP数据数据报首部数据报数据区帧首部帧数据区ICMP协议与IP协议的关系1.ICMP与IP同层，只是7学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言8ICMP报文格式报文格式(与类型相关，但是前3个域相同)类型代码校验和其它字段（与类型相关）数据区…

报文类型:

请求与应答报文差错报告报文通知报文ICMP报文格式报文格式(与类型相关，但是前3个域相同)类9关于ICMP的说明（1）对整个报文计算校验和（2）路由器（主机）向其它路由器（主机）发送ICMP报文

对于差错类报文：（3）差错报告报文的数据区包括：出错数据报的首部+出错数据报数据区至少前64bit(包含上层协议报文的重要信息)。？（4）非嵌套使用：不为携带ICMP差错报文的数据报出现的差错而生成ICMP报文。如果该类报文出现差错，则产生异常。（5）只能向源端报告差错，不能向中间路由器报告差错。（6）仅对第一个数据包分片应用ICMP协议。关于ICMP的说明（1）对整个报文计算校验和10学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言11ICMP差错报告报文

ICMP差错报告的特点：（1）只向源站提供报告，本身一般不处理差错。（2）差错报文作为一般数据传输。（3）携带ICMP报文的数据报出错时，放弃数据报。ICMP差错报告报文ICMP差错报告的特点：12目的站不可达报告报文使用场景：无法转发或投递数据报时代码字段给出了不可达的原因0，网络不可达：选路失败1，主机不可达：投递失败2，协议不可达：与TCP或更高层协议有关3，端口不可达：与TCP/UDP协议端口有关注：路由器收到一个需要分片的数据报，但是首部又设置了强制不允许分片位，则使用ICMP目的不可达报文报错（代码值为4的报文）。可用来测试MTU。见课后作业64页12题。类型3代码0-12校验和未用（0）IP数据报首部+数据报数据部分的前64比特目的站不可达报告报文使用场景：无法转发或投递数据报时类型3代13超时报告报文：TTL=0或分片重组超时参数出错报告报文：数据报首部出错或缺少选项时类型11代码0/1校验和未使用（0）IP数据报首部+数据报数据部分的前8字节类型(12)代码0/1校验和指针IP数据报首部+数据报数据部分的前8字节未使用（0）指针：指向数据报出错的第一个字节超时报告报文：TTL=0或分片重组超时参数出错报告报文：14学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言15请求/应答报文检测可达性:回送请求与应答(EchoRequest&EchoReply)标识和序号功能：匹配请求和应答

例：ping命令原理：基于ICMP回送请求与应答报文使用：可测试网络的可达性可查看记录路由选项可指定松散源路由和严格源路由类型8/0代码0校验和标识可选数据…序号请求/应答报文检测可达性:回送请求与应答(EchoRequ16说明1.用Ping命令可以查看记录路由选项

UNIX：Ping–R，

Windows：Ping–r

处理过程：Ping报文（ICMPEcho）封装在IP报文中，每个处理该IP报文的路由器都把自己的IP地址写到IP首部的选项中。这些地址被复制到封装回应报文（ICMPEchoReply）的IP首部选项中，若选项中仍有空间，则返回路径上路由器的地址也被记录其中。2.Ping命令可以指定严格源路由和松散源路由

Ping–k,Ping-j说明1.用Ping命令可以查看记录路由选项17地址掩码请求/应答报文子网掩码的作用？地址掩码请求与应答报文的作用：获得子网掩码应用：主机发往网关（单播或广播），请求地址掩码类型17/18代码0校验和标识掩码序号地址掩码请求/应答报文子网掩码的作用？类型17/18代码0校18时戳请求/应答报文用于时钟同步与传送时间估计功能：1.时钟同步2.估算往返时间初始时间戳：发送方发送数据时填写接收时间戳：接收方收到报文时填写传送时间戳：接收方发送回应时填写

问题：如何估算往返时间和传输时延？类型13/14代码0校验和标识初始时间戳序号接收时间戳传送时间戳时戳请求/应答报文用于时钟同步与传送时间估计类型13/14代19路由器恳求和路由器通告自动获得默认路由并动态调整两种情况下使用：1.主机主动寻找默认路由。主机启动后，通过组播或有限广播方式发路由器恳求报文，寻找默认路由器。路由器收到恳求报文后，立即发一个路由器通告报文作为响应。2.路由器主动定期向主机通告可使用的路由。路由器每隔10分钟向相邻网络中各主机发通告报文，以组播或有限广播的方式告诉各主机可使用的路由器。优点：1.主机可以不必配置默认网关。2.使用软状态技术，防止主机保持一个无效路由。

路由器恳求和路由器通告自动获得默认路由并动态调整20报文格式类型(10)代码0校验和未使用（0）类型(9)代码(0)校验和地址数路由器地址1生命期(30分钟)地址大小(1)优先级1路由器地址2优先级2……报文格式类型(10)代码0校验和未使用（0）类型(9)代码(21学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言22拥塞控制与源站抑制什么是拥塞？大量数据报涌入同一网关，导致该网关资源耗尽而必须丢弃后面到达的数据报时，就是拥塞。拥塞控制：解决数据报大量涌入问题解决拥塞方法：源站抑制，即抑制信源发出数据报的速率。类型（4）代码0校验和未使用（0）IP数据报首部+数据报数据区的前64比特拥塞处理步骤：1.网关发现拥塞，按一定策略向某些源站发出源站抑制报文；2.源站收到源抑制报文后，按一定速率降低发往某信宿的数据报的速率；3.在一定时间间隔内若无源抑制报文到达，则源站认为拥塞解除，逐渐提高发送速率。拥塞控制与源站抑制什么是拥塞？类型（4）代码0校验和未使用（23重定向（改变路由）报文用于更新主机的路由表主机的路由表如何更新？靠路由器发送的重定向报文。当路由器发现一台主机使用非优化路由时，向主机发一重定向报文，请求主机更新路由。类型（5）代码(0-3)校验和路由器IP地址IP数据报首部+数据报数据区的前64比特重定向（改变路由）报文用于更新主机的路由表类型（5）代码(24示例A的默认网关是R1，A发送数据给B时，首先发给R1；R1发现合适的路由器是R2，则向主机A发送重定向报文。网络2网络1网络3R2R1BA重定向思考：课后64页第3题示例A的默认网关是R1，A发送数据给B时，首先发给R1；网络25问题对于教材54页表5-1中的ICMP报文，哪些ICMP报文是由路由器发送出的，哪些是由目的主机发送出去的？哪些是由非目的主机发送出去的？问题对于教材54页表5-1中的ICMP报文，哪些ICMP报文26学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言27ICMP域名报文用于通过IP获取目标域名(FQDN)，类似于DNS的反向域名解析。请求/响应工作模式。优点：不用配置DNS服务器。类型37代码0校验和标识序号类型38代码0校验和标识TTL序号域名……ICMP域名报文用于通过IP获取目标域名(FQDN)，类似28ICMP安全失败报文功能：用于IPsec错误报告格式：差错报告报文类型代码：40代码字段含义：0：SPI错误3：解密失败1：认证失败4：需要认证2：解压缩失败5：需要授权类型（40）代码校验和IP数据报首部+数据报数据区的前64比特保留指针ICMP安全失败报文功能：用于IPsec错误报告0：SPI错29学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言30Traceroute

（Windows系统：tracert）功能：(1)查看IP数据报所经过的路径

(2)支持宽松源路由选项

问题：有了IP记录路由选项，为何还需要Traceroute？(1)不是所有的路由器都支持记录路由选项(2)IP首部中记录路由选项空间有限，最多存放9个地址Traceroute

（Windows系统：tracert）31Traceroute的工作原理

利用了ICMP超时报文和IP首部的TTL(1)发送IP数据报，TTL=1，则到达第一个路由器后TTL=0，该路由器向源端发送ICMP超时报文，该报文封装在IP数据报中，源端收到该报文后提取IP首部的IP地址字段，则记录了第一个路由器。

(2)发送IP数据报，TTL=2，记录第二个路由器。

……R1R2SDR3TTL=1ICMP超时TTL=2ICMP超时Traceroute的工作原理利用了ICMP超时报文32如何判断何时到达目的主机？方法1：利用端口不可达报文

(1)源端发送的IP报文中封装了UDP报文，把目的端口设为不常用的端口，同时IP首部按照Tracert的原理构造。

(2)途中的路由器回应ICMP超时报文。

(3)目的主机回应端口不可达报文。

(4)源端根据返回的报文类型判断是否到达目的端。方法2：探测报文在IP数据报中封装ICMPECHOrequest报文，中间路由器回应ICMP超时报文，目标回应ICMPECHOREPLY报文

每一跳发三个报文，并记录往返时间。如何判断何时到达目的主机？方法1：利用端口不可达报文33补充Windows命令：

Tracert（-j）可实现宽松源路由跟踪。一个很好的可视化工具：VisualRoute课后自己查阅相关资料，练习使用，并观察结果。补充Windows命令：34小结ICMP属于网络层协议，是IP层功能的补充。

ICMP协议主要用于差错报告和网络控制。差错报告报文有3类请求/应答报文有4类通知报文有2类Ping和Traceroute是使用了ICMP协议的2个典型应用小结ICMP属于网络层协议，是IP层功能的补充。35课堂作业书面：P64，3题课堂作业书面：P64，3题36课后作业课后认真看教材,查阅参考书相应部分内容。书面作业：P64，1，2，7，10，11，12题思考：P64，5，13题课后作业课后认真看教材,查阅参考书相应部分内容。37第五章Internet控制报文协议ICMP计算机与通信工程学院张然——《网络协议分析》第五章Internet控制报文协议ICMP计算机与通信工程38主要内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例主要内容1、引言39基本要求1、掌握ICMP协议的作用和报文类型2、掌握ICMP协议的回送、时戳、掩码请求与应答报文3、掌握ICMP的路由器恳求与通告报文4、掌握ICMP的差错报告报文5、掌握Ping、Traceroute命令6、了解拥塞控制和路径控制技术基本要求1、掌握ICMP协议的作用和报文类型40学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言41网络中可能遇到的异常情况数据报在传送中可能会遇到各种异常，如:选路回路，IP数据报设置的TTL最终会递减为0分片丢失，信宿机分片重组时钟超时路由器找不到路径或信宿关机或信宿无法识别某些字段IP层将丢弃数据报，并向源端发回通告。其它情况：拥塞控制，向源发送减慢速度的通知发现最优路径的通知测试源端是否可达获取各路由器的本地时间网络中可能遇到的异常情况数据报在传送中可能会遇到各种异常，如42ICMP的作用传递网络控制信息、提供差错报告。问题：为什么要把这两项功能合二为一？（1）控制和差错报文都是特殊报文。（2）差错报告与差错控制总是密切相关的。ICMP的作用传递网络控制信息、提供差错报告。43ICMP协议与IP协议的关系1.ICMP与IP同层，只是IP软件中的一个模块。（1）功能不独立，只是IP的补充；（2）不是上层协议赖以存在的基础。2.ICMP报文封装在IP数据报中传送，其IP首部“协议”域指明为ICMP报文（代码为1）。ICMP首部ICMP数据数据报首部数据报数据区帧首部帧数据区ICMP协议与IP协议的关系1.ICMP与IP同层，只是44学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言45ICMP报文格式报文格式(与类型相关，但是前3个域相同)类型代码校验和其它字段（与类型相关）数据区…

报文类型:

请求与应答报文差错报告报文通知报文ICMP报文格式报文格式(与类型相关，但是前3个域相同)类46关于ICMP的说明（1）对整个报文计算校验和（2）路由器（主机）向其它路由器（主机）发送ICMP报文

对于差错类报文：（3）差错报告报文的数据区包括：出错数据报的首部+出错数据报数据区至少前64bit(包含上层协议报文的重要信息)。？（4）非嵌套使用：不为携带ICMP差错报文的数据报出现的差错而生成ICMP报文。如果该类报文出现差错，则产生异常。（5）只能向源端报告差错，不能向中间路由器报告差错。（6）仅对第一个数据包分片应用ICMP协议。关于ICMP的说明（1）对整个报文计算校验和47学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言48ICMP差错报告报文

ICMP差错报告的特点：（1）只向源站提供报告，本身一般不处理差错。（2）差错报文作为一般数据传输。（3）携带ICMP报文的数据报出错时，放弃数据报。ICMP差错报告报文ICMP差错报告的特点：49目的站不可达报告报文使用场景：无法转发或投递数据报时代码字段给出了不可达的原因0，网络不可达：选路失败1，主机不可达：投递失败2，协议不可达：与TCP或更高层协议有关3，端口不可达：与TCP/UDP协议端口有关注：路由器收到一个需要分片的数据报，但是首部又设置了强制不允许分片位，则使用ICMP目的不可达报文报错（代码值为4的报文）。可用来测试MTU。见课后作业64页12题。类型3代码0-12校验和未用（0）IP数据报首部+数据报数据部分的前64比特目的站不可达报告报文使用场景：无法转发或投递数据报时类型3代50超时报告报文：TTL=0或分片重组超时参数出错报告报文：数据报首部出错或缺少选项时类型11代码0/1校验和未使用（0）IP数据报首部+数据报数据部分的前8字节类型(12)代码0/1校验和指针IP数据报首部+数据报数据部分的前8字节未使用（0）指针：指向数据报出错的第一个字节超时报告报文：TTL=0或分片重组超时参数出错报告报文：51学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言52请求/应答报文检测可达性:回送请求与应答(EchoRequest&EchoReply)标识和序号功能：匹配请求和应答

例：ping命令原理：基于ICMP回送请求与应答报文使用：可测试网络的可达性可查看记录路由选项可指定松散源路由和严格源路由类型8/0代码0校验和标识可选数据…序号请求/应答报文检测可达性:回送请求与应答(EchoRequ53说明1.用Ping命令可以查看记录路由选项

UNIX：Ping–R，

Windows：Ping–r

处理过程：Ping报文（ICMPEcho）封装在IP报文中，每个处理该IP报文的路由器都把自己的IP地址写到IP首部的选项中。这些地址被复制到封装回应报文（ICMPEchoReply）的IP首部选项中，若选项中仍有空间，则返回路径上路由器的地址也被记录其中。2.Ping命令可以指定严格源路由和松散源路由

Ping–k,Ping-j说明1.用Ping命令可以查看记录路由选项54地址掩码请求/应答报文子网掩码的作用？地址掩码请求与应答报文的作用：获得子网掩码应用：主机发往网关（单播或广播），请求地址掩码类型17/18代码0校验和标识掩码序号地址掩码请求/应答报文子网掩码的作用？类型17/18代码0校55时戳请求/应答报文用于时钟同步与传送时间估计功能：1.时钟同步2.估算往返时间初始时间戳：发送方发送数据时填写接收时间戳：接收方收到报文时填写传送时间戳：接收方发送回应时填写

问题：如何估算往返时间和传输时延？类型13/14代码0校验和标识初始时间戳序号接收时间戳传送时间戳时戳请求/应答报文用于时钟同步与传送时间估计类型13/14代56路由器恳求和路由器通告自动获得默认路由并动态调整两种情况下使用：1.主机主动寻找默认路由。主机启动后，通过组播或有限广播方式发路由器恳求报文，寻找默认路由器。路由器收到恳求报文后，立即发一个路由器通告报文作为响应。2.路由器主动定期向主机通告可使用的路由。路由器每隔10分钟向相邻网络中各主机发通告报文，以组播或有限广播的方式告诉各主机可使用的路由器。优点：1.主机可以不必配置默认网关。2.使用软状态技术，防止主机保持一个无效路由。

路由器恳求和路由器通告自动获得默认路由并动态调整57报文格式类型(10)代码0校验和未使用（0）类型(9)代码(0)校验和地址数路由器地址1生命期(30分钟)地址大小(1)优先级1路由器地址2优先级2……报文格式类型(10)代码0校验和未使用（0）类型(9)代码(58学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言59拥塞控制与源站抑制什么是拥塞？大量数据报涌入同一网关，导致该网关资源耗尽而必须丢弃后面到达的数据报时，就是拥塞。拥塞控制：解决数据报大量涌入问题解决拥塞方法：源站抑制，即抑制信源发出数据报的速率。类型（4）代码0校验和未使用（0）IP数据报首部+数据报数据区的前64比特拥塞处理步骤：1.网关发现拥塞，按一定策略向某些源站发出源站抑制报文；2.源站收到源抑制报文后，按一定速率降低发往某信宿的数据报的速率；3.在一定时间间隔内若无源抑制报文到达，则源站认为拥塞解除，逐渐提高发送速率。拥塞控制与源站抑制什么是拥塞？类型（4）代码0校验和未使用（60重定向（改变路由）报文用于更新主机的路由表主机的路由表如何更新？靠路由器发送的重定向报文。当路由器发现一台主机使用非优化路由时，向主机发一重定向报文，请求主机更新路由。类型（5）代码(0-3)校验和路由器IP地址IP数据报首部+数据报数据区的前64比特重定向（改变路由）报文用于更新主机的路由表类型（5）代码(61示例A的默认网关是R1，A发送数据给B时，首先发给R1；R1发现合适的路由器是R2，则向主机A发送重定向报文。网络2网络1网络3R2R1BA重定向思考：课后64页第3题示例A的默认网关是R1，A发送数据给B时，首先发给R1；网络62问题对于教材54页表5-1中的ICMP报文，哪些ICMP报文是由路由器发送出的，哪些是由目的主机发送出去的？哪些是由非目的主机发送出去的？问题对于教材54页表5-1中的ICMP报文，哪些ICMP报文63学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文7、ICMP应用举例学习内容1、引言64ICMP域名报文用于通过IP获取目标域名(FQDN)，类似于DNS的反向域名解析。请求/响应工作模式。优点：不用配置DNS服务器。类型37代码0校验和标识序号类型38代码0校验和标识TTL序号域名……ICMP域名报文用于通过IP获取目标域名(FQDN)，类似65ICMP安全失败报文功能：用于IPsec错误报告格式：差错报告报文类型代码：40代码字段含义：0：SPI错误3：解密失败1：认证失败4：需要认证2：解压缩失败5：需要授权类型（40）代码校验和IP数据报首部+数据报数据区的前64比特保留指针ICMP安全失败报文功能：用于IPsec错误报告0：SPI错66学习内容1、引言2、ICMP报文3、差错报告类报文4、请求/应答类报文5、单向通知的控制类报文6、实验性的ICMP报文