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 在复习 ICMP 协议前，我们先来看看 ping 和 traceroute 在 LINUX 和 Windows 操作系统中的输出，了解一下他们是干什么用的。

ping（LINUX）：

ping（Windows）：

traceroute（LINUX）：

tracert（Windows）：

• ping：我们通常使用 ping 命令来测试到某一个 IP 之间的网络是否通畅。 如果 ping 某个网址（IP）通畅，说明该主机可以访问到对应网址（IP）上。
• traceroute：来定位到目标主机之间的所有路由器。比如上图，我分别在Windows 下和 Linux 下对 www.baidu.com 进行了路由追踪，可以看到 IP 数据报从我们主机到百度服务器的转发过程。

 为什么 traceroute 和 tracert 显示不同呢？默认情况下，tracert是向目的地址发出ICMP请求回显数据包，而traceroute是向目的地址的某个端口(大于30000)发送UDP数据报。两者用于探测的数据类型不同。但他们也有一个共同点：都是通过设置发送包的TTL的值从1开始、逐次增1的方法来探测。

我们必须知道的是，以上的命令都是基于 ICMP 协议实现的，因此我们先来认识一下 ICMP 协议。

ICMP协议

ICMP 协议，全称是 Internet Control Message Protrol，翻译过来就是 互联网控制报文协议。这里的重点在于 怎么起到控制的作用呢？ 这就是 ICMP 协议的精髓所在了，它使用了多种 类型码 对网络包在网络上传输出现的错误进行了分类，从而我们能通过返回的错误类型知道这个网络包是怎么“死”的，进而方便我们对后面网络包的传输进行控制。

关于ICMP协议到底是那一层，我觉得这是最好的回答：

ICMP 协议介于传输层和网络层之间。不能说它是网络层协议，是因为它依赖于所有的 IP 协议实现，ICMP 报文在传输过程中，又很可能被传输层解析处理。

尽管如此，我们通常仍然认为 ICMP 协议是网络层协议。维基百科对此有如下解释：

ICMP 协议使用了 IP 协议的基本支持，以至于它好像是更高层的协议。然而, ICMP 协议实际上是 IP 协议的一个组成部分。尽管 ICMP 报文被封装在标准 IP 协议包中，但与一般的 IP 包处理不同，ICMP 报文通常作为特殊情况处理。（维基百科）

ICMP 报文是被封装在 IP 包里面的，因为在传输的时候，肯定需要源IP地址和目标IP地址，具体见下图：（图中”相应“改成”响应“）

ICMP报文有很多的类型，不同类型对应不同的代码。最常用的为主动请求（8）和主动请求的应答（0）。

从上图最右边一列可以看出，ICMP报文分类了两种 ，一种是 查询报文类型，另外一种是 差错报文类型。而我们前面看的 ping 命令就是查询报文的一种应用；traceroute 是差错报文的一种应用。我们接下来分别来看看。

查询报文类型

查询报文类型比较简单，就是主动去探查网络情况。对 ping 的 主动请求，进行网络抓包，称为 ICMP ECHO REQUEST。同理。对于 主动请求的回复，称为 ICMP ECHO REPLY。这里多了两个字段，标识符 和 序列号 用于匹配 回显应答 和 回显请求。在 选项数据 中可能包括一个表示传输时间的 时间戳 和一个 序列号 ，这允许 PING 以无状态的方式计算 往返时间(Round Trip Time, RTT)，而不需要记录每个包的传输时间。

PING

机器A：192.168.1.1，机器B：192.168.1.2。

第一步。机器A 首先在构建一个 ICMP 请求数据包，里面封装了 主动请求类型字段（8）和 序列号（ping的时候会发出多个，这个给他们编编号，用于区分），同时为了能计算 RTT（往返时间），会在报文的数据部分插入发送时间。这里再次把运行图片丢出来，看看为什么 ICMP请求数据包要包含这些。

 第二步。ICMP 协议将这个包和目标IP一起给网络层，让网络层封装好。网络层就把 ICMP 数据包和 源IP、目标IP封装成一个 IP 数据包。

第三步。IP 数据包继续往下走，到了数据链路层，需要加上 源MAC地址 和 目标MAC地址。这里要么就是直接从 ARP 缓存中找到对应 目标MAC地址，要么就是发送 ARP 协议来找目标 MAC 地址，这不是本文重点，不赘述。总之，结合两者的物理地址，封装成一个数据帧，继续向下传到物理层，按照相应的以太网介质访问规则发送出去。

第四步。机器B收到数据帧后，先检查 MAC地址，发现是自己的数据帧，就向上层递交。

第五步。上层继续拆开，发现 IP 也是自己的，就 将有用的信息提取后交给 ICMP 协议。

第六步。机器B就会构建一个 ICMP 数据包，类型字段为 0（主动请求的应答），序列号为收到请求数据包中的序列号，然后再发送给主机A。

分析结果：在规定时间内，若 机器A 没有收到 ICMP 的应答包，说明目标主机不可达。反之，则说明目标主机可达。同时用当前时刻减去数据包最初的发送时刻，就是 ICMP 数据包的时间延时。

差错报文类型

差错报文类型就是来汇报差错情况的。我们看看上图的 类型3（终点不可达）、类型4（源抑制） 和 类型11（超时） 中列举的都是错误情况。

Traceroute

Traceroute 可以认为是一个“大骗子”，它利用了 ICMP 的规则，故意制造一些能够产生错误的场景。

第一个作用：故意设置特殊的TTL（Time To Live，可以理解为网络包的生命，每经过一个路由器 - 1），来追踪去往目的地时沿途经过的路由器。Traceroute 的参数指向一个目的IP地址，它会发送一个 UDP 的数据包。将TTL设置为1，也就是一旦遇到一个路由器，数据包就会“死亡”。如果中间的路由器不止一个，那么碰到第一个路由器就“死亡”，于是返回一个 ICMP 网络差错包，类型是时间超时。接下来再发送TTL为2的UDP数据包，，看看通过两个路由器能到哪里。于是如此反复，一直到走到终点。

怎么知道 UDP 有没有到达目的主机呢？

Traceroute 程序会发送一份 UDP 数据报给目的主机，但它会选择一个不可能的值作为 UDP 端口号（大于 30000）。当该数据报到达时，将使目的主机的 UDP 模块产生一份“端口不可达”错误 ICMP 报文。如果数据报没有到达，则可能是 超时。

第二个作用：故意设置不分片，从而确定路径的MTU。要做的工作首先是发送分组，并设置“不分片”标志。发送的第一个分组的长度正好与出口 MTU 相等。如果中间遇到窄的关口会被卡住，会发送 ICMP 网络差错包，类型为“需要进行分片但设置了不分片位”。其实，这是人家故意的好吧，每次收到 ICMP“不能分片”差错时就减小分组的长度，直到到达目标主机。

最后总结

• ICMP 协议工作于传输层和网络层之间，但由于需要网络层的封装，因此认为是 网络层的协议。
• ping 是查询报文的应用，主动查询类型为8，主动查询类型的应答为0。
• tracerout 是差错报文的应用，细分为两个功能，一个是追踪路由（到终点：端口不可达；未到终点：超时），另一个是确定路径MTU（通过设置不分片完成）。