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[摘 要]随着网络的不断发展，网络安全性也越来越受到了人们的重视，而做为网络中应用最多的IP协议，存在着巨大的安全隐患，即传输的不可靠性。ICMP协议的出现及时的弥补了IP协议的这一漏洞，作为TCP/IP协议的重要组成部分，它的主要功能是监测和反馈在IP报文传输过程中出现的差错信息，从而有效的提高数据安全，降低网络瓶颈，同时，它还具有监测和查询网络状况的功能。本文详细介绍了该协议的原理、类型、特点和应用范围。同时，还重点介绍了了基于此协议的最广泛的应用—Ping程序。最后，本文通过各种不同的网络测试，重现了Ping命令的几种不同的返回结果，包括目的不可达、时间超时、TTL参数设置等，并结合自身经验，给出了实验的结果分析。
[关键词]ICMPPINGTCP/IP可靠性
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0168-02
一、ICMP协议介绍
ICMP全称为Internet ControlMessage Protocol，翻译为中文即网络控制报文协议，它隶属于TCP/IP协议族群，是其重要组成部分。众所周知，IP协议作为互联网传输的核心协议之一，其主要功能为寻址、分段和路由功能，数据可以依据IP协议通过一个个路由器达到最终的目的主机，但在这一传输过程中，如果发生意外情况，典型如中转路由器当机、网络中断等不可控因素，IP协议并不能提供有效的解决方式，也即是说，IP协议是一个不可靠的网络传输协议。那么，为了解决网络传输的可靠性，ICMP协议也由此产生了。
ICMP协议是为了解决IP协议的缺陷而产生的，它无法作为一个独立的协议单独起作用，它必须依附IP协议而存在，可以说，ICMP是IP协议的一个组成部分。所以，虽然ICMP的作用范围是OSI参考模型中的网络层，但其发送的数据并不能直接送到到下方的数据链路层，而是需要封装成IP数据包才能下达，其对外展现的形式还是IP协议。ICMP协议与其它IP协议的区别在于，如是ICMP协议，那么这个IP包头部的协议字段值固定为1。
二、ICMP协议的类型
由于ICMP协议是IP协议的组成部分，因此一个完整的ICMP报文包括了IP头部、ICMP头部和ICMP数据区，其中数据区显示错误信息及错误数据包的部分数据，而头部则由类型域（Type）和代码域（Code）两部分组成，类型域用于说明ICMP报文的作用及格式，代码域用于详细说明某种ICMP报文的类型。
报文的类型代码详细的区分了问题的不同种类，具体如表2-1所示：
其中，几种常见的报文为：
1、响应请求
我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。
2、目标不可到达、源抑制和超时报文
这三种报文的格式是一样的，目标不可到达报文（Type=3）在路由器或主机不能传递数据报时使用，例如我们要连接对方一个不存在的系统端口（端口号小于1024）时，将返回Type=3、Code=3的ICMP报文，它要告诉我们：“该端口并不存在”，常见的不可到达类型还有网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）等。源抑制则充当一个控制流量的角色，它通知主机减少数据报流量，由于ICMP没有恢复传输的报文，所以只要停止该报文，主机就会逐渐恢复传输速率。
最后，无连接方式网络的问题就是数据报会丢失，或者长时间在网络游荡而找不到目标，或者拥塞导致主机在规定时间内无法重组数据报分段，这时就要触发ICMP超时报文的产生。
超时报文的代码域有两种取值：Code=0表示传输超时，Code=1表示重组分段超时。
3、时间戳
时间戳请求报文（Type=13）和时间戳应答报文（Type=14）用于测试两台主机之间数据报来回一次的传输时间。传输时，主机填充原始时间戳，接收方收到请求后填充接收时间戳后以Type=14的报文格式返回，发送方计算这个时间差。一些系统不响应这种报文。
三、ICMP协议网络测试及分析
为了进一步了解和研究ICMP协议，文本设计了不同的网络环境，实现了ping操作中出现的常见问题和提示，并基于ICMP协议类型给出了其原因分析。
1、网络测试
目的不可达（Destination unreachable）
测试环境：
（1） 测试场景：机器A与机器B处于不同的局域网内，机器A未设置默认路由
（2） 机器配置：
（3） 网络拓扑图如图4-1所示：
（4） 测试过程
机器A向机器B发送Ping命令：ping 192.168.3.122
返回结果如下：
Reply from 192.168.1.200：Destination host unreachable
2、时间超时
测试环境1：
（1） 测试场景：机器A连接一个不存在的机器B
（2） 机器配置：
（3） 测试结果
机器A向一个不存在的机器B发送Ping命令：ping 192.168.1.101
返回结果如下：Reply from 192.168.1.200：Request Time Out 测试环境2：
（1） 测试场景：机器A连接同一个局域网内的机器B，但机器B并未开机
（2） 机器配置：
（3） 网络图如图4-2所示：
（4） 测试结果
机器A向机器B发送Ping命令：ping 192.168.1.129
返回结果如下：Reply from 192.168.1.200：Request Time Out
3、TTL参数测试
TTL 是数据包为了防止数据包在网络中无限制的循环，而设定的网络数据包在网络传输中最大的转发次数。因为每在路由器上转发一次，就会转向下一跳，所以，又通常称为最大跳数。简单来说，当源机器向目标机器发送数据包时，期间会经过一定数量的路由器才能正常达到，如果在传输过程中出现不可靠问题，有可能会导致发送数据包在路由器之间循环传递的死循环，如果放任这种情况不处理，那么在网络中传递的死循环会越积越多，最终造成网络拥塞，影响网络性能。
不同的操作系统的TTL默认值均不一样，在本机中输出Ping 127.0.0.1命令，返回的TTL值便是本机操作系统的TTL默认值，本文在不同的操作系统下进行了测试，结论如下：
四、结果分析
由测试结果可知，Ping命令充分利用了ICMP协议的特点，将其网络监测和查询功能发挥的淋漓尽致，同时其参数易掌握，结果简单明确，也是其普及的一大原因。Ping命令还有多种搭配方式和返回信息值得我们进一步探究，而ICMP，作为网络层的一个基本协议，如何将其功能有效的运用到更多的场合和工具中去，值得我们进一步挖掘和研究。
参考文献
[1] 殷肖川.网络编程与开发技术[M] .西安：西安交通大学出版社， 2003.
[2] 杜新华.基于ICMP 的Ping 软件实现[J].上海交通大学学报，1997， （ 5） ： 117 120.
[3] 谢希仁.计算机网络（第2版） [M].北京：电子工业出版社，2002.
[4] 刘艳菊，等.利用IP 协议实现Ping 命令[J] .齐齐哈尔大学学报， 1999， 9.
[5] 张军波.浅谈网络测试命令Ping 的应用[J]. 现代通信，2002，1.
[6] Douglas E Comer.Computer Networks and Internets[M].5th ed.Prentice Hall，2009.
[7] James F Kurose， Keith W Ross.Computer Networking：A Top-Down Approach[M].4th ed.Addison-Wesley， 2007.
[8] Alexander Clemm.Network Management Fundamentals[M].Cisco Press， 2007.
[关键词]ICMPPINGTCP/IP可靠性
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0168-02
一、ICMP协议介绍
ICMP全称为Internet ControlMessage Protocol，翻译为中文即网络控制报文协议，它隶属于TCP/IP协议族群，是其重要组成部分。众所周知，IP协议作为互联网传输的核心协议之一，其主要功能为寻址、分段和路由功能，数据可以依据IP协议通过一个个路由器达到最终的目的主机，但在这一传输过程中，如果发生意外情况，典型如中转路由器当机、网络中断等不可控因素，IP协议并不能提供有效的解决方式，也即是说，IP协议是一个不可靠的网络传输协议。那么，为了解决网络传输的可靠性，ICMP协议也由此产生了。
ICMP协议是为了解决IP协议的缺陷而产生的，它无法作为一个独立的协议单独起作用，它必须依附IP协议而存在，可以说，ICMP是IP协议的一个组成部分。所以，虽然ICMP的作用范围是OSI参考模型中的网络层，但其发送的数据并不能直接送到到下方的数据链路层，而是需要封装成IP数据包才能下达，其对外展现的形式还是IP协议。ICMP协议与其它IP协议的区别在于，如是ICMP协议，那么这个IP包头部的协议字段值固定为1。
二、ICMP协议的类型
由于ICMP协议是IP协议的组成部分，因此一个完整的ICMP报文包括了IP头部、ICMP头部和ICMP数据区，其中数据区显示错误信息及错误数据包的部分数据，而头部则由类型域（Type）和代码域（Code）两部分组成，类型域用于说明ICMP报文的作用及格式，代码域用于详细说明某种ICMP报文的类型。
报文的类型代码详细的区分了问题的不同种类，具体如表2-1所示：
其中，几种常见的报文为：
1、响应请求
我们日常使用最多的ping，就是响应请求（Type=8）和应答（Type=0），一台主机向一个节点发送一个Type=8的ICMP报文，如果途中没有异常（例如被路由器丢弃、目标不回应ICMP或传输失败），则目标返回Type=0的ICMP报文，说明这台主机存在，更详细的tracert通过计算ICMP报文通过的节点来确定主机与目标之间的网络距离。
2、目标不可到达、源抑制和超时报文
这三种报文的格式是一样的，目标不可到达报文（Type=3）在路由器或主机不能传递数据报时使用，例如我们要连接对方一个不存在的系统端口（端口号小于1024）时，将返回Type=3、Code=3的ICMP报文，它要告诉我们：“该端口并不存在”，常见的不可到达类型还有网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）等。源抑制则充当一个控制流量的角色，它通知主机减少数据报流量，由于ICMP没有恢复传输的报文，所以只要停止该报文，主机就会逐渐恢复传输速率。
最后，无连接方式网络的问题就是数据报会丢失，或者长时间在网络游荡而找不到目标，或者拥塞导致主机在规定时间内无法重组数据报分段，这时就要触发ICMP超时报文的产生。
超时报文的代码域有两种取值：Code=0表示传输超时，Code=1表示重组分段超时。
3、时间戳
时间戳请求报文（Type=13）和时间戳应答报文（Type=14）用于测试两台主机之间数据报来回一次的传输时间。传输时，主机填充原始时间戳，接收方收到请求后填充接收时间戳后以Type=14的报文格式返回，发送方计算这个时间差。一些系统不响应这种报文。
三、ICMP协议网络测试及分析
为了进一步了解和研究ICMP协议，文本设计了不同的网络环境，实现了ping操作中出现的常见问题和提示，并基于ICMP协议类型给出了其原因分析。
1、网络测试
目的不可达（Destination unreachable）
测试环境：
（1） 测试场景：机器A与机器B处于不同的局域网内，机器A未设置默认路由
（2） 机器配置：
（3） 网络拓扑图如图4-1所示：
（4） 测试过程
机器A向机器B发送Ping命令：ping 192.168.3.122
返回结果如下：
Reply from 192.168.1.200：Destination host unreachable
2、时间超时
测试环境1：
（1） 测试场景：机器A连接一个不存在的机器B
（2） 机器配置：
（3） 测试结果
机器A向一个不存在的机器B发送Ping命令：ping 192.168.1.101
返回结果如下：Reply from 192.168.1.200：Request Time Out 测试环境2：
（1） 测试场景：机器A连接同一个局域网内的机器B，但机器B并未开机
（2） 机器配置：
（3） 网络图如图4-2所示：
（4） 测试结果
机器A向机器B发送Ping命令：ping 192.168.1.129
返回结果如下：Reply from 192.168.1.200：Request Time Out
3、TTL参数测试
TTL 是数据包为了防止数据包在网络中无限制的循环，而设定的网络数据包在网络传输中最大的转发次数。因为每在路由器上转发一次，就会转向下一跳，所以，又通常称为最大跳数。简单来说，当源机器向目标机器发送数据包时，期间会经过一定数量的路由器才能正常达到，如果在传输过程中出现不可靠问题，有可能会导致发送数据包在路由器之间循环传递的死循环，如果放任这种情况不处理，那么在网络中传递的死循环会越积越多，最终造成网络拥塞，影响网络性能。
不同的操作系统的TTL默认值均不一样，在本机中输出Ping 127.0.0.1命令，返回的TTL值便是本机操作系统的TTL默认值，本文在不同的操作系统下进行了测试，结论如下：
四、结果分析
由测试结果可知，Ping命令充分利用了ICMP协议的特点，将其网络监测和查询功能发挥的淋漓尽致，同时其参数易掌握，结果简单明确，也是其普及的一大原因。Ping命令还有多种搭配方式和返回信息值得我们进一步探究，而ICMP，作为网络层的一个基本协议，如何将其功能有效的运用到更多的场合和工具中去，值得我们进一步挖掘和研究。
参考文献
[1] 殷肖川.网络编程与开发技术[M] .西安：西安交通大学出版社， 2003.
[2] 杜新华.基于ICMP 的Ping 软件实现[J].上海交通大学学报，1997， （ 5） ： 117 120.
[3] 谢希仁.计算机网络（第2版） [M].北京：电子工业出版社，2002.
[4] 刘艳菊，等.利用IP 协议实现Ping 命令[J] .齐齐哈尔大学学报， 1999， 9.
[5] 张军波.浅谈网络测试命令Ping 的应用[J]. 现代通信，2002，1.
[6] Douglas E Comer.Computer Networks and Internets[M].5th ed.Prentice Hall，2009.
[7] James F Kurose， Keith W Ross.Computer Networking：A Top-Down Approach[M].4th ed.Addison-Wesley， 2007.
[8] Alexander Clemm.Network Management Fundamentals[M].Cisco Press， 2007.