网际网路控制讯息规约

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1、網際網路控制訊息規約（一）、說明 任何一個網路系統或多或少都會有些錯誤發生，這些錯誤或機器失效會使系統不能正確的運作，例如：傳輸線損壞，TTL的計時器可能用光，目的主機可能已經斷線，使網際網路規約無法順利傳送資料包，中間的路由器可能相當壅塞，而無法處理不斷流入的資料包。 當這些情形發生時，網際網路軟體系統怎麼辦?一般硬體系統若發生錯誤或失效都會設計有相關的機制告訴主機發生錯誤。相對的，通訊軟體也應該要有軟體來報告錯誤或失效的訊息。因此網際網路上加入了一個訊息控制的機制到TCP/IP的規約土，此機制稱之為網際網路控制訊息規約(lntenet Control Message Protocol 稱I

2、CMP) 路由器如何使用相關的ICMP機制來報告資料包傳遞的訊息，此外主機如何利用它來測試目的地主機是否可順利到達。ICMP基本上是一套錯誤報告的機制，它只負責將錯誤報告回原始的主機，再由原來的主機針對錯誤的敘述，通知給相關的應用程式知道上以便採取適當的步驟改正錯誤。所以ICMP只負責通知，而改正問題或錯誤的處理則不在ICMP的定義範圍內。 在這裡有個重點是：ICMP通知原始主機，這是因為在IP的資料包裡只有原始主機與目的地主機兩個IP位址而已，從資料包我們無法獲知它所走過的路徑（除非利用IP的記錄路徑的選項），所以ICMP報告，只能報告給原始主機而已。另外ICMP只負責報告而已，並不負責更正

3、。（二）、ICMP 訊息的格式ICMP 的訊息是放置在 IP 資料包的資料區。如下圖：訊框表頭IP 表頭ICMP表頭資料區 ICMP資料區 IP 資料區 訊框資料區ICMP的訊息是放置在IP的資料區裡，形成IP的資料包，整個IP的資料包是訊框的資料包。如此一層一層的封裝。另外一方面解封裝，由訊框的型態 （0800）來獲知是IP。IP的表頭之規約欄位，如果註明01即表示資料包內包著 ICMP的資料。雖然每一ICMP的訊息都有著它自己的格式，但是起頭的三個欄位為：8位元的型態，8位元編碼及16位元的檢查碼應該都一樣。 我們要介紹的是型態(type)，ICMP常見的型態如下表。 編號則是在特定型態底

4、下，更細的分類。我們在討論相關的型態時，會再仔細的說明編號所代表的意思。 ICMP常見的型態型態欄位ICMP訊息型態03458111213141718回音回覆目的地無法抵達原始主機熄火要求路徑更改回音請求資料包超時資料參數問題時間戳記請求時間戳記回覆位址遮罩請求位址遮罩回覆（三）、偵測目的地的狀態 在ICMP最常被用到的是回音請求與回音回覆兩種訊息，這兩種訊息可用在測試目的地端是否可以順利到達?以及是否會正確回應?在許多的系統上都會製作ping的指令，讓使用者來使用。當使用者執行ping的指令時，系統會送出一連串ICMP的回音請求的訊息後等待抓取回音回覆的訊息，並統記資料包遺失率的情形，如下圖

5、。表示 Ping 後的情形。型態8或0編碼檢查碼訊息編號訊息流水號資 料回音格式在ping指令須指明IP位址，另外也可加入送出資料塊的大小選項，若不加以說明規定則以32個位元組，回覆回來的訊息有bytes=32, time =1 ms，TTL=254，分別表示回覆資料塊為32位元組，回覆時間為l x 10-3秒，TTL值254。表示回音請求與回音回覆的格式。 下圖的例子中第一份資料包是由主機140.113.167.203向主機140.113.167.195發送一份回音請求。第二份資料包是主機140.113.167.195回送一份回音回覆。 回音請求 回音回覆 140.113.167.203 1

6、40.113.167.19545000020 版本=4 表頭長度=5 服務型態=00 總長度=0X2000000000 資料包編號 =0 旗標=0 資料塊位差=0fa01586b 存活時間=0xfa 規約編號=01 表頭檢查碼=0x586b8c71a7cb 來源端IP位址 = 140.113.167.2038c71a7c3 目的端IP位址 = 140.113.167.195080052f9 ICMP 型態 = 08 編碼=00 檢查碼 =52f995060f00 訊息編號= 0x9506 訊息流水碼=0x0f0045000020 版本=4 表頭長度=5 服務型態=00 總長度=0X20af3e

7、0000 資料包編號 =af 旗標=3e 資料塊位差=0ff01a42c 存活時間=0xff 規約編號=01 表頭檢查碼=0xa42c8c71a7c3 來源端IP位址 = 140.113.167.1958c71a7cb 目的端IP位址 = 140.113.167.20300005af9 ICMP 型態 = 00 編碼=00 檢查碼 =5af995060f00 訊息編號= 0x9506 訊息流水碼=0x0f00（四）、資料包無法抵達目的地 網路系統並非完美無缺的，有時會出現硬體故障，或連線損壞的情形。在這種狀況下，資料包就會有可能無法順利的抵達目的地。當資料包無法繼續向前傳遞時，ICMP會傳出一

8、份ICMP的資料包，型態註明了表示目的無法抵達，此一資料包會傳回給最初的的發送站。同時在資料的部分會填上原先被丟棄資料的IP表頭，再加前64位元的資料。請下圖的格式。型態 3編碼0-12檢查碼不使用 0資料資料包無法抵達目的地的型態為3，訊息編碼是要填入無法抵達目的地的原因之狀態編碼。常見的編碼請參考下表。編碼代表的意義012345678910網路無法到達主機無法到達規約無法到達埠號無法到達須分割而DF位元已設定來源端路由失敗目的網路無法辨認目的端主機無法辨認來源端主機被隔離與被禁止的網路通訊與被禁止的主機通訊當路由器察覺目的位址所註明的目的地網路或目的地主機無法到達時，則路由器送回ICMP的

9、訊息給來源端主機，通知來源主機目的地網路或主機無法到達。另一種狀況是資料到達了目的地主機之後，通訊軟體會檢查規約編號，看看規約編號所對應的軟體是否存在，如果不存在則有主機發送ICMP訊息給來源端主機，通知它所用的規約無法到達。（五）、資料包壅塞與流量的控制 由於資料包的傳送是非連線式的傳送，所以路由器並不會為特定的資料包事前保留暫存記憶體位置，或通訊相關的資源，因此當大量的資料包湧入路由器時，很可能很快的會用盡路由器的各項網路資源，按著下來就是路由器無法負荷資料包流通量，而發生系統停滯或當機的現象。舉例而言，網際網路透過路由器達到網網相連，這網路的連結情形，就像公路系統的道路網一般，想像一下如

10、果有大量的車潮湧入高速公路，就會造成高速公路塞車，如果車潮不退反增，高速公路會癱瘓，就像一座條形的大停車場一般。那如何控制車流流入高速公路，閘道儀控管制是一種不錯的方法。 哪些情形可能會產生網路的壅塞： （1）因為網際網路並非事前經整體規劃，整體鋪設，所以某些高速電腦主機，可能會瞬間產生大量的資料，湧入網路中來，一般高速主機會連接到高速的區域網路上，但當資料是指定給遠方的主機，此時資料可能會經過低速的廣域網路才能到達對方。因此資料會擠在廣域網路的節點上，而造成這些節點的壅塞。 （2）尖峰時段所引起的，某些時段正好有大量的主機同時將資料送入網路來，而造成瞬間的壅塞現象。型態 4編碼0檢查碼不使用

11、 0資料 路由器若發現有壅塞的情形時，可透過ICMP送出原始主機熄火的訊息來疏解壅塞。原始主機熄火訊息是用來通知發送資料的主機，降低傳送得速率。所以當原始主機由路由器R送出之熄火訊息就降低一次速率直到沒有再收到主機熄火訊息為止。（六）、路徑更改要求 在一般的情形下，路由器由於會參與路由規約的運作，所以它應知道正確的路徑安排，而主機並不參與路由規約的運作，它只能由路由器端學習到新的路徑。所以當路由器發現主機所利用的路徑並非最佳的路徑時，路由器會發送ICMP更改方向的訊息，要求主機更改方向，下圖即表示路徑更改的例子。 在下圖A，主機S要送資料給主機D，假設走的路徑是:主機S，路由器G，路由器G2，

12、主機D。但當路由器G2在轉送由主機S來的資料包時，發現主機S是與G2有直接相連，G2在轉送資料包給主機D後，會送出路徑更改的ICMP訊息要求主機S，更改路由表。下次主機S有資料包要送給主機D時，會由主機S，路由器G2，主機D的路徑，中間不會再經過路由器G，如下圖B。DG2G1S圖 ADG2G1S圖B型態 5編碼0-3檢查碼路由器位址資料 另一值得注意的問題是，ICMP的路徑更改是路由器發出給主機，並不能給其他路由器更改路徑，所以路由器的路徑更改需要靠其他的路由規約來運作，而更新路由表。 路徑更改的格式如右圖所示:造成路徑更改的原因如下表：編碼代表意義0123網路路徑更改主機路徑更改因服務型態和

13、網路做路徑更改因服務型態和網路做主機更改（七）、資料陷入環狀路徑主機B在網際網路中，路由器靠著路由表來決定下一站要到那裡去。因此若有錯誤的路由表發生時，有可能會對某些的目的地主機產生環狀路徑，當資料包陷入了環狀路徑中，資料包就在環狀中，繞來繞去而繞不出來。例如有二個路由器R1與R2，在R1的路由表中，要到目的地主機B，下一站須送到R2，反過來，R2的路由表中，要到主機B，下一站須送到R1，因此有個資料要送到主機B，若經過路由器R1或R2，就會陷入環狀路徑中，而繞不出來。下圖即顯示此一現象。R2R1主機B型態 11編碼0-1檢查碼不使用資料 為了解決此環狀路徑的錯誤，會因資料繞不出來，而癱瘓環狀

14、路徑上的路由器。在IP的表頭中，我們設計有一個存活時間TTL(time-to-live)的欄位或稱中繼站個數的欄位，這個欄位每經一個路由器都會減一，直到 TTL 變為零為止，路由器看TTL為零就不再將此一封包往前傳送，這時路由器會送出ICMP逾時，通知它此一資料包路徑過長而被丟掉。編碼代表意義01因TTL計數器超過因超過重組時間另一種情形是，分割後的資料包是分別到達目的地主機，所以針對每一分割的資料包，當分割後資料包第一份到達時，我們起動一個計時器，然後開始等其他的分割資料包，等至全部到齊後，我們將他們組合成原來的資料包，問題是若有分割資料塊嚴重延後，或遺失的情形，為了避免目的主機的暫存資源被

15、佔用而不釋放，這時IP的運作是在計時器用完走後，就清除沒到齊的資料塊將之丟棄，然後送出ICMP逾時的訊息給原始主機，通知它此資料包逾時，而被丟棄。 （八）、資料包的追蹤 在UNIX作業系統中，有一個traceroute的指令，可以用來追蹤瞭解資料包由原始主機到目的主機所定的路徑。下圖即是在140.130.45.136的主機之UNIX系統上，執行traceroute的指令。# traceroute 140.113.167.195traceroute to 140.113.167.195 (140.113.167.195), 30 hops max, 40 byte packets 1 pc450

16、254 (140.130.45.254) 1.329 ms 1.289 ms 1.011 ms 2 140.130.251.123 (140.130.251.123) 2.364 ms 1.632 ms 1.555 ms 3 TANet-NCTU.edu.tw (203.72.38.113) 27.560 ms 23.651 ms 17.133 ms 4 TANet-HcRC.nctu.edu.tw (140.113.247.254) 18.536 ms * 51.900 ms 5 ATM-Gw-GE.nctu.edu.tw (140.113.57.253) 54.112 ms 48.941

17、ms 45.533 ms 6 CIS-E3sw.nctu.edu.tw (140.113.53.63) 41.518 ms 49.590 ms 44.106 ms 7 Monet.cis.nctu.edu.tw (140.113.167.195) 31.846 ms 41.426 ms 33.733 ms#由主機 140.130.45.136 出發，經140.130.45.254、140.130.251.123、140.113.53.63 到140.113.167.195 主機。那traceroute指令是如何製作的?事實上由原始主機送出一份資料給140.113.167.195，在IP的表頭中

18、，TTL的欄位填l，那麼這份資料到達第l個路由器時，TTL的值會減去l，變為0。此時TCP/IP的軟體會認為此份資料逾時，則會送出一份ICMP逾時的訊息回給原始主機140.130.45.137。在traceroute這應用程式收到逾時訊息，它可由逾時訊息中取出發送此訊息主機之IP位址，此即為第一站。接下來traceroute應用程式會送出TTL值為2的資料，所以第1站的路由器減去1以後，TTL還剩 1，接下來第1站路由器將這份資料往下送，到第2站時TTL值會被減為0，此時若未到達目的地主機時，則會送回ICMP逾時之訊息，若已到達目的地主機時，則會回送ICMP目的地到達訊息。6網際網路控制訊息規約.doc2023/1/18