Для чего нужен протокол icmp

Протокол ICMP

Что такое протокол ICMP?

Как уже сообщалось ранее, протокол IP не содержит достаточных средств для организации надежной доставки сообщения. В частности, пакеты IP теряются в случае если пакет не прошел проверку контрольной суммы, не найден маршрут к заданному узлу назначения (параметр TTL равен нулю) и т.д. Все это сводится к тому, что протокол IP передает сообщения «по возможности» или другими словами, не прилагает никаких мер для гарантированной доставки сообщений.

Компенсируют недостаточную надежность протокола IP – протоколы верхних уровней, в частности протокол TCP (транспортный уровень) и DNS (прикладном уровне).

Помимо этого, существует еще один механизм уменьшения ненадежной передачи сообщений протоколом IP – это протокол ICMP.

Принцип работы ICMP заключается в том, что данный протокол срабатывает для передачи сообщений об ошибках при передаче или исключительных ситуациях, то есть когда маршрутизатор не работает или требуемая услуга недоступна. По сути протокол ICMP не может запросить послать потерянный пакет повторно, а просто оповещает о несчастных случаях.

В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

Когда протокол IP определяет, что дальнейшая передача пакета невозможно, перед тем как уничтожить пакет, должен отослать узлу-источнику диагностическое ICMP-сообщение. Если при передаче самого ICMP-сообщения возникла ситуация препятствующая его передачу, то протокол ICMP не будет отправлять об этом диагностическое сообщения, для избегания «штормов» в сетях.

При передаче по сети, сообщения ICMP инкапсулируются в поле данных IP-пакетов.

Структура заголовка ICMP сообщения

Заголовок ICMP-сообщения состоит из 8 байт:

Рассмотрим структуру заголовка ICMP запроса (request) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Рассмотрим структуру заголовка ICMP ответа (reply) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Источник

📑 Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP

Общая характеристика протокола ICMP

ICMP (англ. Internet Control Message Protocol — протокол межсетевых управляющих сообщений) — сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

Протокол ICMP описал в RFC 792 от 1981 года Jon Postel (с дополнениями в RFC 950). ICMP является стандартом Интернета (входит в стандарт STD 5 вместе с IP). Хотя формально протокол использует IP (ICMP-пакеты инкапсулируются в IP пакеты), он является неотъемлемой частью IP и обязателен при реализации стека TCP/IP. Текущая версия ICMP для IPv4 называется ICMPv4. В IPv6 существует аналогичный протокол ICMPv6.

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации – пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.

Протокол ICMP – это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

Формат сообщений протокола ICMP

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

Поле типа может иметь следующие значения:

Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.

Эхо-протокол

Протокол ICMP предоставляет сетевым администраторам средства для тестирования достижимости узлов сети. Эти средства представляют собой очень простой эхо-протокол, включающий обмен двумя типами сообщений: эхо-запрос и эхо-ответ. Компьютер или маршрутизатор посылают по интерсети эхо-запрос, в котором указывают IP-адрес узла, достижимость которого нужно проверить. Узел, который получает эхо-запрос, формирует и отправляет эхо-ответ и возвращает сообщение узлу – отправителю запроса. В запросе могут содержаться некоторые данные, которые должны быть возвращены в ответе. Так как эхо-запрос и эхо-ответ передаются по сети внутри IP-пакетов, то их успешная доставка означает нормальное функционирование всей транспортной системы интерсети.

Во многих операционных системах используется утилита ping, которая предназначена для тестирования достижимости узлов. Эта утилита обычно посылает серию эхо-запросов к тестируемому узлу и предоставляет пользователю статистику об утерянных эхо-ответах и среднем времени реакции сети на запросы.

Сообщения о недостижимости узла назначения

Когда маршрутизатор не может передать или доставить IP-пакет, он отсылает узлу, отправившему этот пакет, сообщение “Узел назначения недостижим” (тип сообщения – 3). Это сообщение содержит в поле кода значение, уточняющее причину, по которой пакет не был доставлен. Причина кодируется следующим образом:

Маршрутизатор, обнаруживший по какой-либо причине, что он не может передать IP-пакет далее по сети, должен отправить ICMP-сообщение узлу-источнику, и только потом отбросить пакет. Кроме причины ошибки, ICMP-сообщение включает также заголовок недоставленного пакета и его первые 64 бита поля данных.

Узел или сеть назначения могут быть недостижимы из-за временной неработоспособности аппаратуры, из-за того, что отправитель указал неверный адрес назначения, а также из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о маршруте к сети назначения.

Недостижимость протокола и порта означают отсутствие реализации какого-либо протокола прикладного уровня в узле назначения или же отсутствие открытого порта протоколов UDP или TCP в узле назначения.

Ошибка фрагментации возникает тогда, когда отправитель послал в сеть пакет с признаком DF, запрещающим фрагментацию, а маршрутизатор столкнулся с необходимостью передачи этого пакета в сеть со значением MTU меньшим, чем размер пакета.

Перенаправление маршрута

Маршрутные таблицы у компьютеров обычно являются статическими, так как конфигурируются администратором сети, а у маршрутизаторов – динамическими, формируемыми автоматически с помощью протоколов обмена маршрутной информации. Поэтому с течением времени при изменении топологии сети маршрутные таблицы компьютеров могут устаревать. Кроме того, эти таблицы обычно содержат минимум информации, например, только адреса нескольких маршрутизаторов.

Для корректировки поведения компьютеров маршрутизатор может использовать сообщение протокола ICMP, называемое “Перенаправление маршрута” (Redirect).

Это сообщение посылается в том случае, когда маршрутизатор видит, что компьютер отправляет пакет некоторой сети назначения нерациональным образом, то есть не тому маршрутизатору локальной сети, от которого начинается более короткий маршрут к сети назначения.

Механизм перенаправления протокола ICMP позволяет компьютерам содержать в конфигурационном файле только IP-адреса его локальных маршрутизаторов. С помощью сообщений о перенаправлении маршрутизаторы будут сообщать компьютеру всю необходимую ему информацию о том, какому маршрутизатору следует отправлять пакеты для той или иной сети назначения. То есть маршрутизаторы передадут компьютеру нужную ему часть их таблиц маршрутизации.

В сообщении “Перенаправление маршрута” маршрутизатор помещает IP-адрес маршрутизатора, которым нужно пользоваться в дальнейшем, и заголовок исходного пакета с первыми 64 битами его поля данных. Из заголовка пакета узел узнает, для какой сети необходимо пользоваться указанным маршрутизатором.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

ICMP (Internet Control Messaging Protocol)

Протокол управляющих сообщений Internet (Internet Control Messaging Protocol — ICMP) фактически считается вспомогательным протоколом для IP. Поэтому он определен в том же документе стандарта Internet (стандарт 5), что и IP. Но ICMP по принципам своего функционирования в большей степени напоминает протокол верхнего уровня, чем вспомогательный протокол, и использует IP таким же образом, как его используют другие протоколы верхнего уровня (такие как TCP). В частности, ICMP позволяет протоколу IP инкапсулировать передаваемые им данные. Поэтому в протоколе ICMP, как таковом, применяются механизмы адресации и фрагментации IP. Причина, по которой ICMP считается вспомогательным протоколом, состоит в том, что он играет крайне важную роль в обеспечении успешного функционирования IP, поэтому стал обязательным компонентом любой реализации IP. Какую же важную роль играет этот протокол? Он просто сообщает об ошибках.

Назначение ICMP как протокола состоит в предоставлении устройствам IP информации о результатах выполненных ими операций передачи данных по протоколу IP. Как правило, этот протокол чаще всего используется для передачи хостам сообщений о том, что возникла какая-то ошибка. Например, предположим, что предпринимается попытка подключения к удаленному хосту с помощью протокола Telnet. Пользователь вводит в приложении Telnet соответствующее имя хоста, а через несколько секунд получает ответ, что адресат недоступен — Destination Unreachable. Каким образом приложение Telnet могло определить, что адресат недоступен? Если бы маршрутизатор просто уничтожил пакет с запросом на установление соединения, то не было бы возможности определить действительную причину ошибки.

Именно для этой цели и служит ICM Р. Приложение Telnet не должно ожидать до бесконечности установления соединения (или устанавливать тайм-аут на четыре минуты, ожидая истечения максимального значения TTL), поскольку им может быть сразу же получено сообщение ICMP от маршрутизатора с указанием, что адресат недоступен. Сообщение Destination Unreachable представляет собой лишь одно из сообщений многих типов, которые определены в протоколе ICMP. Полный список типов сообщений ICMP, которые предусмотрены в документе RFC 792, приведен в табл. 5.1. Назначение сообщений некоторых типов описано ниже. Следует отметить, что все реализации IP формально должны распознавать сообщения всех типов, но не во всех этих реализациях фактически используется полный перечень типов сообщения. Иными словами, состав поддерживаемых сообщений зависит от реализации протокола IP в конкретной операционной системе.

Содержание

Запрос и ответ эхо-повтора ICMP

Сообщения эхо-повтора ICMP используются для диагностических целей в одном из наиболее широко применяемых в настоящее время сетевых приложений — в программе Ping. Те, кто незнаком с программой Ping, могут рассматривать ее как грубый способ проверки наличия признаков жизни. Например, если преподаватель на уроке заметил, что один из учеников положил голову на стол, он может проверить, жив ли этот ученик (и просто уснул) или умер. В этом случае преподавателю нужно взять указку (ведь она есть практически у каждого преподавателя) и «постучать» нерадивого ученика по голове. Итак, если он действительно спит, то обязательно отреагирует каким- либо образом. Ну а если случилось худшее, то и об этом необходимо вовремя узнать.

С помощью сетевого приложения Ping выполняется аналогичная задача. В процессе работы часто возникает необходимость определить, находится ли сетевое устройство в исправном и работоспособном состоянии. Для этого передается сообщение запроса эхо-повтора ICMP в надежде получить от устройства ответ. Если такое сообщение достигает цели, устройство передает ответное сообщение эхо-повтора, на основании которого можно определить, что устройство функционирует в сети и принимает запросы на установление связи.

Сообщение Destination Unreacheable (адресат недостижим)

Это сообщение применяется для передачи хосту указания на то, что получатель отправленного им пакета IP не был найден. Такая проблема может быть вызвана многими причинами, о которых можно узнать по дополнительному коду в сообщении Destination Unreachable. Для этого сообщения определено шесть дополнительных кодов, описание которых приведено ниже.

Этот код позволяет хосту определить, что заданный им маршрут передачи пакета получателю является недействительным. Как правило, это сообщение не применяется, поскольку в протоколе IP обычно не предусматривается маршрутизация от отправителя. Сообщение Source Quench(подавление источника)

Сообщение Source Quench

Сообщение Source Quench протокола ICMP является типичным примером уведомления о заторе. Когда буфер устройства начинает заполняться, этим устройством может быть отправлено сообщение Source Quench ICMP на предыдущее устройство, находящееся на расстоянии одного транзитного перехода, с требованием замедлить передачу. Такой механизм напоминает схему уведомления о заторе, которая рассматривалась в главе 1. Единственным недостатком такого механизма является то, что устройства обычно начинают отправлять сообщения Source Quench только после того, как в них начинается уничтожение пакетов, полученных от предыдущего устройства. Сообщения Source Quench могут вырабатываться любыми устройствами вдоль пути следования пакета, независимо от того, являются ли эти устройства маршрутизаторами или оконечными устройствами (хостами). Кроме того, на сообщение Source Quench может также ответить любое устройство вдоль пути следования (маршрутизатор или хост), но и в этом случае перечень возможных ответов зависит от конкретной реализации протокола ICMP.

Сообщение Redirect (перенаправление)

Сообщение Redirect ICMP передает устройству информацию о том, что в нем используется неправильный шлюз (маршрутизатор) для передачи пакетов по заданному адресу. После получения маршрутизатором от хоста пакета, предназначенного для отправки в конкретную удаленную сеть, маршрутизатор выполняет в своей таблице маршрутизации поиск сети получателя и перенаправляет пакет на следующий маршрутизатор по пути к этой сети. А если согласно этой таблице обнаруживается, что устройство (или маршрутизатор), находящееся в конце следующего транзитного перехода, относится к той же сети, что и клиент, текущий маршрутизатор перенаправляет пакет обычным образом, но затем передает клиенту сообщение Redirect. Это сообщение информирует клиента, что более быстрый путь к достижению искомой сети состоит в обращении непосредственно к тому маршрутизатору, который находится в одной сети с клиентом. Сообщение Redirect предназначено для того, чтобы клиент включил в свою локальную таблицу маршрутизации новую запись с указанием сети получателя и альтернативного маршрутизатора, сократив тем самым путь к удаленной сети.

Сообщение Time Exceeded (превышение установленного времени)

Для передачи хосту информации о том, что пересылка отправленного им сообщения потребовала слишком много времени на пути к намеченному получателю, после достижения нулевого значения в поле TTL пакета IP хосту отправителя передается сообщение Time Exceeded. Поле TTL обычно применяется в программе traceroute (версия этой программы, применяемая в операционной системе Cisco, носит название Пасе, а в операционной системе Windows — tracert). Назначение программы traceroute состоит в проверке каждого транзитного перехода на пути к указанному получателю. Такая информация позволяет узнать точный маршрут прохождения пакетов от отправителя к получателю. Такая информация имеет исключительно важное значение при поиске неисправностей.

Например, обычно автор, чтобы обратиться на Web-узел Microsoft, отправляет со своего домашнего компьютера пакеты, которые вначале поступают на узел в г. Роли (Raleigh), шт. Северная Каролина, затем в Вашингтон, округ Колумбия, и наконец, поступают в Сиэтл, шт. Вашингтон. А когда автор заметил, что в определенные дни Web-узел Microsoft отвечает на запросы с особенно значительным замедлением, он решил выяснить, находится ли причина такого замедления в его локальной сети, в сети провайдера Internet или просто связана с нарушением работы опорной сети. А поскольку после выполнения трассировки маршрута с помощью программы traceroute было обнаружено, что путь в Сиэтл в период значительного замедления проходит через Флориду, ответ стал очевидным. По всей вероятности, опорная сеть, которая обычно используется, была перегружена или остановлена, поэтому пакеты были направлены по альтернативному маршруту, который оказался намного длиннее.

В программе traceroute задача проверки маршрута выполняется очень просто. Как указано выше, после истечения времени, установленного в поле TTL, пакет уничтожается и хосту передается сообщение Time Exceeded протокола ICMP. В программе traceroute как раз и используется это поле, в котором по мере отправки очередных пакетов устанавливаются небольшие, но последовательно увеличивающиеся значения. Установив значение TTL в первом пакете, передаваемом получателю, равное 1, программа traceroute получает сообщение Time Exceeded от первого же маршрутизатора на пути к месту назначения (такое сообщение, безусловно, не может быть получено в том случае, если в конфигурации маршрутизатора не предусмотрена отправка сообщений Time Exceeded). Причина отправки такого сообщения является очевидной: каждый маршрутизатор в пути следования пакета должен уменьшить значение TTL, по меньшей мере, на 1. А если поле TTL имело значение 1 и маршрутизатор уменьшил его на 1, такое значение становится равным 0, поэтому пакет отбрасывается и отправителю передается сообщение Time Exceeded.

Итак, программа traceroute просто выполняет такую операцию много раз, последовательно увеличивая при этом значение TTL на 1. Поэтому при отправке первого сообщения TTL равно 1, что позволяет определить первый транзитный переход. Во втором сообщении оно равно 2, что дает возможность узнать, где находится второй транзитный переход и т.д.

Сообщение Parameter Problem (ошибка при обработке параметра)

Сообщение Parameter Problem передается отправителю в том случае, если устройство получателя не может определить, что означает один из параметров в заголовке IP, и поэтому вынуждено отбросить ракет. Как правило, это сообщение передается только в том случае, если получателем обнаружены в пакете такие опции, которые он не может распознать.

Сообщения Timestamp Request (запрос отметки времени) и Timestamp Reply (ответ с отметкой времени)

Сообщения Timestamp протокола ICMP позволяют проставить в пакете отметку времени (в миллисекундах после полуночи) с указанием того момента, когда отправитель послал сообщение, получатель принял это сообщение, а затем отправил его назад. Наиболее очевидный способ использования таких сообщений состоит в измерении задержки (определении того, какова продолжительность времени между отправкой сообщения по сети и получением ответа), но эти сообщения применяются также для синхронизации аппаратных часов.

Сообщения Information Request (информационный запрос) и Information Reply (информационный ответ)

Сообщения ICMP типа Information применяются устройством для определения того, в какой сети оно находится. Устройство отправляет пакет IP, в котором в полях адреса отправителя и получателя находятся значения 0.0.0.0. Затем другое устройство (обычно маршрутизатор или сервер) в ответ передают сетевой адрес данной локальной сети, что позволяет отправителю первоначального сообщения определить, к какой сети он относится.

Дополнительная информация о протоколе ICMP приведена в документе RFC 792 (стандарт 5).

Источник