在工作開發過程中，我們經常會使用到ping和traceroute。在這里，我們將細述其工作原理，讓你在會用的基礎之上理解其內部工作過程。
ICMP應用實例——Ping
Ping 是 ICMP 的一個重要應用，主要用來測試兩台主機之間的連通性。Ping 的原理是通過向目的主機發送 ICMP Echo 請求報文，目的主機收到之后會發送 Echo 回答報文。Ping 會根據時間和成功響應的次數估算出數據包往返時間以及丟包率。
Ping的完整工作流程：
Ping本質上是ICMP數據包，所以其工作流程就是ICMP數據包的發送與解析流程。
大致流程如下：
構造ICMP數據包-->構造IP數據包-->構造以太網數據幀----物理傳輸到目標主機---->獲取以太網數據幀-->解析出IP數據包-->解析出ICMP數據包-->發送回送應答報文
本地主機處理流程：
- 在本地，ping命令會構建一個ICMP數據包（構造回送請求報文）
- 將該ICMP數據包和目標IP地址給IP協議，IP協議將本地地址作為源地址，與目的地址等構造IP數據包
- 根據本地ARP緩存查找目的地址IP對應的MAC地址，如果緩存中沒有則通過ARP協議找到對應IP的MAC地址。將MAC地址交給數據鏈路層以構造數據幀
- 經物理層發送給目的主機
目的主機處理流程：
- 目的主機接收到數據包
- 物理層接收到二進制數據流經數據鏈路層，按照以太網協議解析出數據幀，如果數據幀中的目標MAC地址與本機MAC地址相同，則接收該數據包，否則丟棄該數據包。
- 接收到該數據包之后，經網絡層解析出IP數據包，通過IP包頭中的協議字段判斷出是ICMP數據包。之后解析出ICMP數據包，發現是回送請求報文（ping request）后馬上構建一個ICMP回送應答報文（ping reply）
- 將封裝好的ICMP數據包經網絡層、數據鏈路層、物理層發送回源主機
所以，Ping的本質其實就是ICMP回送請求報文和回送應答報文。我們可通過Wireshark抓包工具對Ping進行分析。使用ping命令：
本機會向遠端主機發送ICMP回送請求報文。
遠端主機收到后會發送回送應答報文：
ICMP應用實例——Traceroute
Traceroute 是 ICMP 的另一個應用，用來跟蹤一個分組從源點到終點的路徑。有2種實現方案：基於UDP實現和基於ICMP實現。
基於UDP實現traceroute工作原理
在基於UDP的實現中，客戶端發送的數據包是通過UDP協議來傳輸的，使用了一個大於30000的端口號，服務器在收到這個數據包的時候會返回一個端口不可達的ICMP錯誤信息，客戶端通過判斷收到的錯誤信息是TTL超時還是端口不可達來判斷數據包是否到達目標主機。流程如下：
- 源主機向目的主機發送一連串的 IP 數據報（UDP報文）。第一個數據報 P1 的生存時間 TTL 設置為 1，當 P1 到達路徑上的第一個路由器 R1 時，R1 收下它並把 TTL 減 1，此時 TTL 等於 0，R1 就把 P1 丟棄，並向源主機發送一個 ICMP 時間超過差錯報告報文；
- 源主機接着發送第二個數據報 P2，並把 TTL 設置為 2。P2 先到達 R1，R1 收下后把 TTL 減 1 再轉發給 R2，R2 收下后也把 TTL 減 1，由於此時 TTL 等於 0，R2 就丟棄 P2，並向源主機發送一個 ICMP 時間超過差錯報文。
- 不斷執行這樣的步驟，直到最后一個數據報剛剛到達目的主機，主機不轉發數據報，也不把 TTL 值減 1。但是因為數據報封裝的是無法交付的 UDP，因此目的主機要向源主機發送 ICMP 終點不可達差錯報告報文。
- 之后源主機知道了到達目的主機所經過的路由器 IP 地址以及到達每個路由器的往返時間。
Linux中的traceroute就是這種實現方式。
基於ICMP實現的tracert工作原理
在這一種實現中我們不使用UDP協議，而是直接發送一個ICMP回顯請求（echo request）數據包，服務器在收到回顯請求的時候會向客戶端發送一個ICMP回顯應答（echo reply）數據包。流程與上面相似，只是最后判斷結束上為目標主機（而不是中間經過的主機或路由器）返回一個ICMP回顯應答，則結束。
Windows中的tracert就是這種實現方式。利用Wireshark分析如下：
在cmd下輸入tracert www.baidu.com：
每一跳默認發送三個數據包，我們會看到下面這樣的輸出：
可以看到TTL逐個遞增，並且最終到達目的主機180.97.33.107，到達目的主機，目的主機回復，終止。
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