前言
從我面試的經驗來看，網易這個公司是很會深究的一個公司，會努力在一個點上將面試者問倒的公司，所以對於網易游戲的面經我不會傾向於簡單的羅列問題，而是對他們提出的問題從原理上進行深度的理解。正因為被他們問的很深，所以對於問的問題我有很深的印象，前面的兩篇博客分別是關於python的特性，關於python的部門還沒有完，后續還會再寫一些面試題目的，今天要說的是一個網絡程序——traceroute，面試官當時讓我講述traceroute的原理，這個在之前我知道他使用ICMP結合TTL來實現的，實現也是相當巧妙，今天的博文參考TCP/IP詳解卷一，來徹底的搞清楚這個程序。
正文
在Windows下，相同的功能的實現命令為：tracert，首先至關的感受下traceroute命令的效果。我執行了兩次tracerout百度的命令，結果如下：
根據上面的執行結果包括對於程序的名字traceroute相信沒有接觸過這個命令的人也可以大體猜出來這個命令的作用——路由跟蹤，即確定IP數據包訪問目標所經過的路徑，當然這些路徑指的是路由器。對於執行結果的每一行來說，比如3 2ms 1ms 1ms 10.6.17.1表示從本機出發的第三跳路由器地址為10.6.17.1，中間的三列時間顯示了RTT，即數據包到達此跳路由或主機再返回你的主機所需要的時間，單位是毫秒，為什么是三列呢？因為traceroute發送了三個獨立的數據包，統計出了每個RTT，而國內很多博客在這里存在誤區，認為三列分別代表最小，平均和最大時間，有的時間欄沒有具體的數字，只是一個星號，這個可能有多種多樣的原因，比如路由器禁止了ICMP數據包，traceroute程序本身就被用來發現網絡故障，如果從某跳開始所有的時間都成了星號，即超時，則網絡故障很有可能就出現在了這一跳。從上面兩次執行結果可以看到，traceroute命令執行的結果不是完全相同的，這個也是很容易理解的，畢竟網絡是動態時時變化的。
Traceroute程序使用ICMP報文和IP首部中的TTL字段，TTL由發送端初始化，當路由器接收到一份IP數據包，如果TTL字段是0或者1，路由器將該數據包丟棄，並給源主機發一個ICMP“超時”信息。按照這個基本的相應過程，可以猜想traceroute程序的完整過程，首先它發送一份TTL字段為1的IP數據報給目的主機，處理這個數據報的第一個路由器將TTL值減1，然后丟棄該數據報，並給源主機發送一個ICMP報文，這個報文包含了路由器的IP地址，這樣就得到了第一個路由器的地址，然后，traceroute發送一個TTL為2的數據報來得到第二個路由器的IP地址，繼續這個過程，直至這個數據報到達目的主機。按照這個原理我們也可以很好的解釋了上面tracert www.baidu.com的結果了，即所有顯示的13跳是從我到百度119.75.218.70這個服務器所經過的所有路由器的信息，而且由於網絡是動態變化的，路徑也可能會發生變化，所以如果追蹤同樣的目的IP，發現不同的路徑當屬於正常情況。
這里必須加一條分割線，因為這個知識我相信很多人在很早之前就知道了，但是面試官的面試重點顯然不在上面的知識點，如果你回答了上述過程，面試官肯定會接着問一個問題：目的主機在接收到TTL值為1的IP數據報是不會丟失的吧，這樣也不會產生一個超時的ICMP數據報文了，那么程序如何判斷是否已經到達目的主機了呢？
在Linux下，traceroute程序發送一個UDP數據報給目的主機，但它選擇一個不可能的值作為UDP端口號（大於30000），使目的主機的任何一個應用程序都不可能使用該端口，因此，當該數據報達到目的主機的時候，目的主機會產生一個“端口不可達”錯誤的ICMP報文，這樣，traceroute程序要做的就是區分接收到的ICMP報文是超時還是端口不可達，從而來區分是路由器還是目的主機。
下面進行實驗驗證，仍然用上面的例子，用wireshark抓取數據報來驗證。由於主機上有大量的數據報文，所以我們根據本地IP地址和百度服務器的IP地址進行數據報過濾，按照我的例子過濾條件應該為：ip.src192.168.99.200&&ip.dst119.75.218.70，首先整體看一個過濾之后的報文總體情況，如下圖：
其中淺色背景的表示本機構造的ICMP數據報文，深色的表示超時ICMP報文，如果細心的人就會發現：所發送的數據報的數量要大於路徑上的路由器的數量，這個上文也提到過，每一跳都會發送三個報文，同時相應報文的數量少於構造報文數量，因為有些路由器禁止相應ICMP數據報，只提供轉發功能，所有本地發出的構造ICMP數據報源IP都是本地，目的IP都是百度的IP地址，所有相應的超時ICMP數據報的目的IP都是本地，源IP地址分為為路由器的IP地址，首先來看一個本機構造的ICMP數據報文：
在這個報文中，可以注意他的TTL的值為1，同時他填充的負載為0，相同的報文會發送3次，接着再看這個報文的響應報文：
在這個響應報文中應該注意的點我都用紅色方框圈出來了。
關於最后確定是否達到目的主機則和具體的操作系統有關系，在Windows下，我猜測他可以通過正確的回應ICMP數據報得出已經到達目的主機，而在Linux下面，則是通過上文所說的原理實現的，附圖如下：
總結
關於traceroute的內容，如果在進行深究，還有很多很多，比如他可以通過ICMP，TCP實現，在Windows下面達到目的主機之后會停止發送traceroute數據報，但是在Linux下，會持續發送30個TTL不同的數據報，每個發送三個報文，在達到目的主機之前可以發送ICMP，TCP等，但是在達到之后，開始發送UDP數據報，目的端口從大於30000的某個值開始，沒發送一個數據報則加一，這個從上面的截圖也可以看出。
好公司在面試的時候都會揪住一個點問的很深很深，所以在自己的領域，將基礎知識一定要掌握的十分好。