2012-04-30

TCP/IP协议详解卷1学习笔记系列二

卷1第七、八章

　　第七章是Ping程序的基本原理，第八章是traceroute( Win2000下是tracert)的原理。主要介绍的是一些原理性的东西，并以实际的tcpdump的抓包的内容作解释。

　　ping 程序是利用icmp的回复请求来探测远端主机是否可达。（并不能继续判断端口是否可达。要想查看端口，就要使用扫描器了。）w in2000里的网络库里已经提供网络函数库(icmp.dll)可以实现利用icmp来探测远端主机。相比起使用管道来读ping的结果，或者嵌入ping源码，这个是最简单的方法了（没办法，人懒）。ping其实还有一个R选项，用来记录经过的路由，以前一直不知道。(ping  -r 7)记录经过的7个路由器。按照分析，根据所在环境限制最多可以记录8~9个项目。

　　除了回显请求外，还可以利用icmp来实现时间请求。在icmp的数据包中可以包含发送时间，目的主机收到后再附上自身当时时间才发回。这样可以做一个时间校验，并可以判断源与目的之间的通讯速度。由于具体的内容部分比较烦，类型太多，一下子记不住各个类型的意思。

　　一般用ping的时候只是用了它的最简单的功能：检查主机能不能连到。其实使用它所提供的其他选项，可以实现许多细节上的控制，例如数据包长度，TTL，路由记录，宽/严路由经过路由等。

　　tracetroute，也就是 trace route，跟踪路由。这个程序最早是Van Jacobson实现的。源码在网上可以找到，不过我还没有去找。主要的原理是IP路由过程中对数据包TTL(Time to Live，存活时间)的处理。当路由器收到一个IP包时，会修改IP包的TTL（及由此造成的头部检验和checksum变化）。每收到一个包，检查这个的TTL是否是0或1。如果是，表明这个包还没有到达目的地，而且剩余时间不多了，肯定是到不了目的地了。这样路由器就简单地丢弃这个包，并给源主机发送 ICMP通知，说这个包已经超时了。ICMP的通知信息里包含当前路由器发送时所用的IP。

　　这样就可以通过构造数据包，来间接检查到达一个主机时经过了哪些路由。一开始发送一个TTL为1的包，这样到达第一个路由器的时候就已经超时了，第一个路由器就发通知说包超时，这样就可以记录下所经过的第一个路由器的IP。然后TTL加1，安全通过第一个路由器，而第二个路由器的的处理与第一个相同，丢包，发通知说包超时了，这样记录下第二个路由器IP，由此可以一直进行下去，直到这个数据包到达目标主机，由此打印出所有经过的路由器。

　　在通信中，IP层只负责数据的路由与传输，并不处理数据包的内容。例如ICMP，或TCP，UDP，这些协议是依赖IP层的传输功能来传送数据的。在通信双方的主机中，收到这些协议的数据包后，一般在通信的对应主机上，会有程序来处理这些数据。而直接的IP数据报是没有用处的（win2000的驱动层可以直接使用IP报而不需要加上其他协议，但是一般是不会这样用的）。因此traceroute程序发送一个UDP包来试探。对路由器来说，UDP数据报只是IP数据报的一种，它并不关心UDP数据报的具体内容。直到这个包到达目的端的主机会，目的主机的内核会解析UDP数据报，并查找数据报中要求端口是否已经有进程在使用。如果找到，则通知进程有数据到达。而如果找不到，则发送一个“目的端口不可达”的ICMP错误数据回到源主机。

　　这样就可以完全确定下来。trcertroute建立一个UDP数据包，不断修改TTL值并发送出去，如果收到“超时错”，表示刚刚到达的是路由器，而如果收到的是“端口不可达”错误，表示刚刚到达的就是目的主机。这样路由跟踪完成，程序结束。

有几个细节：

　　1.局域网的路由是相对稳定的，因此用traceroute打印出来的响应时间相差不大。而如果用来跟踪广域网的路由，由于广域网的路由信息是动态变化的，而且并不能确定是发送路径耗时还是返回路径耗时较多，因此时间与路由信息只能做为参考。

　　2.TTL 的选择。如果把TTL设得足够大，是不是一定可以打印出所有路由，比如一个数据包经过300个路由器才到达目的端。当然在现有网络环境下不太可能出现要经过这么多路由的情况。而TTL信息在IP数据报中只有一个字节，也就是最多能设定到255（256以后又重新从0开始）。设定这个信息的目的，就是防止一些僵而不化的数据报在网络漫上无目的的游荡而不消失。数据报每经过一个路由器，路由器就把TTL减1（或在该路由器被处理前经过的秒数），总有一个时候会被减到1，然后路由器会把它丢弃。

　　3.traceroute的是以收到“端口不可达”为标志来结束的。前提是发出的UDP数据报中要求的端口在目的主机上没有进程在使用。而如果目的主机上正好有进程在使用这个端口，接收这个包并按正常方式处理，这样traceroute就收不到“端口不可达”的错误了。为了避免出现这种情况，UDP数据报的端口很高（书中的实现是初始值33435，以后每发送一次再加1，端口号最大可以到65535）。普通程序一般不会使用这些高端口。问题是假如真的存在这种情况时，traceroute会怎么处理？而好像Solaris系统可能会使用高端口，这时又怎么样。

　　4. 在发送过程中，要经过许多的路由，到达目的主机前，可能还要经过网关，防火墙，以及其他例如IDS的过滤，发送包能不能到达目的主机还是个问题。而即使到达了，发送的ICMP信息能不能返回也是个问题。因为沿途经过的关卡太多，遇上黑洞路由器，不转发这些信息的话，那就一点办法也没有了。

　　书中还提到原来的traceroute里有一个选项，可以指定数据包经过的路由器。如果是宽路由，则只要经过指定的路由即可。而如果是严路由，则必须按指定的顺序经过指定的路由器。因为这个选项可能导致某个固定的路由处理信息太多，在公布的源码里已经取消了。但是可以找到补丁，还是可以用起来的。从比较的结果看，似乎指定路由器反而不如让路由器采用默认路由处理得快。而对于严路由来说，要成功就要更难一些，因为并不一定你指定的路由器正好有条目到接下来的路由器。

　　这一章的习题比较复杂，找不到网络环境可以实验，而照原理分析看不出究竟。源码没有，如果真的有，现在的水平估计也看不出什么东西来。先不求甚解吧，看下一遍的时候可能就知道了。