互联网控制消息协议 (ICMP)

简介

互联网控制消息协议 (ICMP) 是互联网协议套件中的一个子协议，它在网络中传递错误信息和操作控制信息。ICMP 消息通常由网络设备和主机生成和发送。

ICMP 消息具有以下特点：

• 它们被用来执行网络故障排除 (例如 ping 命令)。
• 它们可以被用来报告网络设备无法交付数据包等错误。
• ICMP 消息封装在 IP 数据包中。

ICMP 消息格式

ICMP 消息是在 IP 数据包中封装的。ICMP 消息的格式如下：

 0                   1                   2                   3   
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     Type      |     Code      |          Checksum             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             Data                              |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

ICMP 消息格式字段的含义：

• Type (8 bits)：指定 ICMP 消息类型。例如，当 type=8 时，表示 ICMP Echo Request 消息。
• Code (8 bits)：通常与消息类型相关联，用于提供更多的细节信息。
• Checksum (16 bits)：用于检测 ICMP 数据报的传输错误。
• Data：补充 ICMP 消息，例如，当 Type=8 时，Data 可能包含一个 64 字节的数据块。

ICMP 消息类型

ICMP 消息有多种类型，常用的类型如下：

• ICMP Echo Request：用于 ping 命令。
• ICMP Echo Reply：响应 ICMP Echo Request。
• ICMP Destination Unreachable：说明数据包无法到达其目的地。
• ICMP Time Exceeded：说明数据包在传输过程中被丢弃。

编程实现

在各种编程语言中，可以使用套接字库来发送 ICMP 消息。下面是在 Python 中通过套接字发送 ICMP Echo Request 消息的示例代码：

import socket
import struct
import select
import time

def checksum(string):
    csum = 0
    count_to = (len(string) / 2) * 2
    count = 0
    while count < count_to:
        this_val = ord(string[count + 1]) * 256 + ord(string[count])
        csum = csum + this_val
        csum = csum & 0xffffffff
        count = count + 2
    if count_to < len(string):
        csum = csum + ord(string[len(string) - 1])
        csum = csum & 0xffffffff
    csum = (csum >> 16) + (csum & 0xffff)
    csum = csum + (csum >> 16)
    answer = ~csum
    answer = answer & 0xffff
    answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00)
    return answer

def receive_ping(my_socket, ID, timeout):
    time_left = timeout
    while True:
        started_select = time.time()
        what_ready = select.select([my_socket], [], [], time_left)
        how_long_in_select = (time.time() - started_select)
        if what_ready[0] == []: 
            return "Request timed out."
        time_received = time.time()
        rec_packet, addr = my_socket.recvfrom(1024)
        icmp_header = rec_packet[20:28]
        type, code, checksum, packet_ID, sequence = struct.unpack(
            "bbHHh", icmp_header
        )
        if packet_ID == ID:
            bytes_in_double = struct.calcsize("d")
            time_sent = struct.unpack("d", rec_packet[28 : 28 + bytes_in_double])[0]
            return time_received - time_sent
        time_left = time_left - how_long_in_select
        if time_left <= 0:
            return "Request timed out."

def send_ping(my_socket, dest_addr, ID):
    dest_addr = socket.gethostbyname(dest_addr)
    my_checksum = 0
    header = struct.pack("bbHHh", 8, 0, my_checksum, ID, 1)
    padding = struct.pack("d", time.time())
    my_checksum = checksum(header + padding)
    header = struct.pack(
        "bbHHh", 8, 0, socket.htons(my_checksum), ID, 1
    )
    packet = header + padding
    my_socket.sendto(packet, (dest_addr, 1))

def ping(dest_addr, timeout=2, count=4):
    my_socket = socket.socket(
        socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.getprotobyname("icmp")
    )
    for i in range(count):
        send_ping(my_socket, dest_addr, i)
        delay = receive_ping(my_socket, i, timeout)
        print("ping %s..." % dest_addr, end="")
        if isinstance(delay, str):
            print(delay)
        else:
            delay = delay * 1000
            print("获取响应时间 %.4f 毫秒" % delay)
    my_socket.close()

这段代码使用套接字发送 ICMP Echo Request 消息，并等待接收 ICMP Echo Reply 消息。如果超时，则返回“Request timed out.”。如果收到 ICMP Echo Reply 消息，则返回响应时间。