网络体系结构

用TCP/IP进行网际互连第八章：网际协议差错与控制报文（ICMP）引言ICMP 报文交付网际控制报文协议差错报告与差错纠正的对比1234ICMP 报文格式目的站不可达的报告测试目的站的可达性的状态回送请求和回答报文的格式5678来自路由器的改变路由请求拥塞和数据报流量控制源站抑制的格式910检测循环或者过长的路由不再需要的较早的ICMP 报文报告其他问题时钟同步和传输时间估计1112151413数据报从一个路由器传到另一个路由器，直到数据报到达某个能够直接将其交付的最终的目的路由器，如果路由器不能转发或者交付数据报，抑或它检测到影响转发数据报的异常条件，则需要通知最初源站采取措施，以避免或纠正问题，本章主要来讨论因特网主机和路由器用来传递这种控制或差错信息的一种机制。

为什么要引入ICMP 协议？路由器（IP ）：（1）路由器完成报文转发（2）尽最大努力交付（3）IP 不提供出错信息、及其处理（4）网络中存在差错因此，需要差错报告与处理机制，而ICMP 仅提供差错报告机制，无差错处理机制；差错处理需由高层协议软件完成引言1信息不可到达报告IP协议IP数据报IP数据报传输协议差错与控制报文协议ICMP差错报告报文超时报告参数出错报告控制报文源抑制报文重定向报文请求/应答报文时戳请求/应答报文地址模请求/应答报文回应请求/应答报文了解IP 协议全貌网际控制报文协议2“与隔壁村庄往来的桥因为大雨被冲走了。

”平时用着这个桥的村民A 用信鸽将这个信息告诉了后面来的村民B。

对于通信协议，监测通信错误的发生并互相通知的这种构造是需要的。

通信途中数据没了，通信对方已经不存在了等等，如果双方都不知道的话，这样通信就不能平稳进行了。

对于IP，相当于信鸽的这种构造是ICMP（internet control message protocol）实际上，在IP 通信，经常有数据包到达不了对方的情况。

原因是，在通信途中的某处的一个路由器由于不能处理所有的数据包，就将数据包一个一个丢弃了。

或者，虽然到达了对方，但是由于搞错了端口号，服务器软件可能不能接受它。

这时，在错误发生的现场，为了联络而飞过来的信鸽就是ICMP 报文。

在IP 网络上，由于数据包被丢弃等原因，为了控制将必要的信息传递给发信方。

ICMP 协议是为了辅助IP 协议，交换各种各样的控制信息而被制造出来的。

IP协议是一种不可靠无连接的协议，当数据包经过多个网络传输后，可能出现错误、目的主机不响应、包拥塞和包丢失等问题。

为了处理这些问题，在IP层引入了另一个协议ICMP（Internet控制信息协议）。

ICMP本身是一个网络层协议，但是，它的报文不是如设想的那样直接传送给数据链路层。

实际上，ICMP报文首先要封装成IP数据报，然后再传送给下一层。

我们可以总结如下：网际控制报文协议允许路由器向其他路由器或主机发送差错或者控制报文；ICMP在一台机器上的网际协议软件与另一台机器上的网际协议软件之间提供通信。

技术上来讲，ICMP 是一种差错报告机制，它给遇到差错的路由器提供了最初的源站报告差错的方法。

当一个数据产生差错时，ICMP 只能向数据包的最源站报告差错情况，源站必须把差错告诉给一个单独的应用程序或者采取其他措施来纠正问题。

问题：为什么只能和最初源站进行通信呢？因为数据报包含最初源站和最终目的站的字段，并不包含在互联网上的行程的完整记录，还因为路由器只建立了和改变自己的路由表，不了解路由全局，因此当一个数据包到达指定路由器时，无法知道数据将到达这里所走的路径，若路由器检测到出现问题，因为IP 不知道那些中间机器处理过数据报，所以无法把问题通知给他们，但是路由器并不会丢掉数据报，而是使用ICMP 通知源站发生了问题。

差错报告与差错纠正的对比3ICMP报文需要两级封装，每个ICMP报文都放在IP数据报的数据部分中通过互联网传递，而IP数据报本身放在帧的数据部分中通过物联网传递。

因为携带ICMP报文的数据报完全和携带用户数据包一样转发，其没有额外的可靠性和优先级，所以差错报文本身可能会被丢弃或者丢失。

问题：为什么ICMP报文需要两级封装？两级ICMP封装类型(type):类型域ICMP报文类型类型域ICMP报文类型0 回应应答12 数据报参数错3 信宿不可到达13 时戳请求4 源抑制14 时戳应答5 重定向17 地址掩码请求8 回应请求11 数据报超时ICMP报文分类终点不可到达源点抑制超时参数问题改变路由差错报告差错报告报文报告路由器或主机(目的站)在处理一个IP数据报时可能遇到的—些问题。

查询报文是成对出现的，它帮助主机或网络管理员从一个路由器或另一个主机得到特定的信息。

ICMP报文主要分为：差错报告报文和查询报文TCP/IP 协议通过提供回送请求和回送回答报文来帮助用户识别网络问题。

回送请求和回送回答组合起来确定了两个系统(主机或路由器)是否能够彼此通信。

主机或路出器可以发送回送请求报文给另一个主机或路由器,收到回送请求报文的主机或路由器形成一个回送回答报文，并将其返回给原来的发送者。

简而言之：回送请求和回送回答报文可用来确定是否在IP 级能够通信。

许多系统上用来发送ICMP 回送请求的命令是ping测试目的站的可达性的状态6图中可选数据字段是一个可变长度的字段，其包含将要返回给发送方的数据；标识符字段和序号字段被发送方用来匹配回答和请求；类型字段的值指明报文是一个请求还是（8）一个回答（0）回送请求和回答报文的格式7类型（8或0）代码（0）检验和标识符序号可选数据... ...ICMP 回送请求或回答报文的格式当路由器不能够给数据报找到路由或主机不能够交付数据报时，就丢弃这个数据报，然后这个路由器或主机就发回目的站不可达报文给发出该数据报的源主机。

下图给出了目的站不可达报文的格式，这种类型的代码字段指明了丢弃该数据报的原因。

目的站不可达的报告8ICMP目的站不可达报文的格式因为IP 是面向无连接的，所以路由器在接收到数据包之前不能预留内存或者通信资源，结果路由器可能会出现通信量泛滥，这种情况称为拥塞。

产生拥塞的原因：（1）多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路，此时，如果路由器没有足够的内存来存放所有分组，那么有的分组就会丢失。

（2）路由器的慢速处理器的缘故，以至于难以完成必要的处理工作（如缓冲区排队、更新路由表等）。

问题：机器如何解决报文向最初的源站报告数据报被丢弃的情况？拥塞和数据报流量控制9在IP 增加了一种流控制而设计的。

当路由器或主机因拥塞而丢弃一个数据报时，它就问数据报的发送站发送源站抑制报文。

这个报文有两个目的：第一，它通知源站数据报已被丢弃。

第二，它警告源站，在路径中的某处出现了拥塞，因而源站必须放慢(抑制)发送过程。

源站抑制的格式如图所示。

源站抑制的格式10主机在开始工作时只有很小的路由表，这个路由表逐渐增大和更新，完成这项工作的工具之一就是改变路由报文。

为了提高效率，主机不参与路由选择更新过程，因此，主机可能会把某数据报发送给一个错误的路由器。

这时，收到这个数据报的路由器会把数据转发给正确的路由器，同时向主机发送重定向报文，告诉主机正确路由器的地址。

虽然改变路由报文算是一种差错报告报文。

但它与其他种差错报文不同。

在这种情况下路由器不丢弃数据报；数据报被送到适当的路由器。

改变路由报文的代码字段缩小了改变路由的范围。

ICMP重定向报文是ICMP控制报文中的一种。

在特定的情况下，当路由器检测到一台机器使用非优化路由的时候，它会向该主机发送一个ICMP重定向报文，请求主机改变路由。

路由器也会把初始数据报向它的目的地转发。

优点：保证主机有一个动态、小而优的寻径表缺点：只能用于同一网络内的网关与主机之间的路径信息交换而不能用于网关之间的路径信息交换来自路由器的改变路由请求11每一个数据报都有一个叫做生存时间的字段来控制。

当数据报通过路由器时，这个字段的值就减1。

收到数据报的路由器在发现这个字段的值为0时，就丢弃这个数据报。

但是，当丢弃这样的数据报时，就要由路由器向源站发送一个时间超过报文。

当组成一个报文的所有分片未能在某一时限内到达目的主机时，也要产生时间超过报文。

为了避免数据报在TCP/IP 互联网中无休止的循环，每个IP 数据报都有一个生存时间计数器，我们称之为跳计数器，只要路由器处理了数据报，就会将计数器的值减1，所以当第一个分片到达时，目的主机就启动计时器。

当计时器的时限到了，目的主机就将所有的分片都丢弃，并向源站发送时间超过报文。

图中给出了时间超过报文的格式。

当数据报的生存时间字段的值为零而被路由器丢弃时，就使用代码0。

由于在规定的时限内一数据报的某些分片未能到达而导致已到达的分片被丢弃时，就使用代码1。

检测循环或者过长的路由12类型（11）代码（0或1）检验和未用（0）互联网首部+数据报的前64位... ...类型（12）代码（0或1）检验和指针未用（0）互联网首部+数据报的前64位... ...当路由器或者主机发现一个数据报出现问题，而该问题又不属于前面提到的差错报文的范畴，他就会向最初源站发送一个参数问题报文。

报告其他问题13为了让该报文没有二义性，发送方用报文首部的指针字段来标识数据报中产生问题的八位组。

代码0：在首部的某个字段中有差错或二义性。

这种情况下，指针字段值指向有问题的字节。

代码1：表示缺少所需的选项部分。

这种情况下不是用指针。

类型（13或14）代码（0）检验和标识符序号起始时间戳接收时间戳传输时间戳时间戳（time-stamp ）是一个经加密后形成的凭证文档，它包括三个部分：需加时间戳的文件的摘要；DTS （数字时间戳）收到文件的日期和时间；DTS 的数字签名时间戳请求和时间戳回答报文可用来计算数据报从源点到终点所需的单向时间，以及再返回源点所需的往返时间。

所用的公式是：1.发送时间=接收时间戳的值-原始时间戳的值2.接收时间=分组返回的时间-发送时间戳的值3.往返时间= 发送时间+接收时间注意：只有当源点和终点的机器中的时钟是同步的，发送时间和接收时间的计算才是准确的，但是即使这两个时钟没有同步，往返时间的计算还是准确的。

但是，考虑到IP 是一个尽最大努力交付的技术，数据包可能被丢弃、延迟或者不按顺序交付，因此，仅仅采用多种测量也无法保证一致性，为了得到精确的估计，需要复杂的统计分析。

时钟同步和传输时间估计14因为DHCP （动态主机配置协议）协议提供了一次交换中所需的全部信息，较早的ICMP 报文现在已经不再使用。

(1)信息请求和回答报文(2)地址掩码请求和回答报文(3)路由器恳求和通告报文不再需要的较早的ICMP 报文15。