ICMP-протокол

ICMP (англ. Internet Control Message Protocol — протокол межсетевых управляющих сообщений) — сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, например, запрашиваемая услуга недоступна, или хост, или маршрутизатор не отвечают. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

Протокол Internet (IP) используется для обработки датаграммы, передаваемой между хост-компьютерами в системе объединенных сетей. Устройства, осуществляющие соединение различных сетей, называются шлюзами. Для обеспечения управления шлюзы общаются друг с другом посредством протокола Gateway to Gateway Protocol (GGP). Порой шлюз или хост-компьютер, получающий данные, обменивается информацией с хост-компьютером, отправляющим эти данные. Именно для таких целей используется данный протокол - протокол контрольных сообщений Internet (ICMP). ICMP использует основные свойства протокола Internet (IP), как если бы ICMP являлся протоколом более высокого уровня. Однако фактически ICMP является составной частью протокола Internet и должен являться составной частью каждого модуля IP.

Сообщения ICMP должны отправляться в некоторых затруднительных ситуациях. Например, когда датаграмма не может достичь своего адресата, когда шлюз не имеет достаточно места в своем буфере для передачи какой-либо датаграммы, или когда шдюз приказывает хост- компьютеру отправлять информацию по более короткому маршруту.

Протокол Internet не создан для того, чтобы обеспечивать абсолютную надежность передачи информации. Целью же данных контрольных сообщений является обеспечение обратной связи, оповещение отправителя данных о проблемах, возникающих в комминикационном оборудовании. Их целью не является придание надежности протоколу IP. Протокол не дает гарантий, что датаграмма достигает своего адресата или что контрольное сообщение будет возвращено компьтеру, отправившему данные. Некоторые из датаграмм могут исчезнуть в сети, не вызвав при этом ни каких оповещений. Протоколы более высокого уровня, использующие протокол IP, должны применять свои собственные процедуры для обеспечения надежности передачи данных, если таковая требуется.

Сообщения ICMP протокола, как правило, оповещают об ошибках, возникающих при обработке датаграмм. Чтобы проблемы с передачей сообщений не вызывали появление новых сообщений, чтобы это в свою очередь не привело к лавинообразному росту количества сообщений, циркулирующих в сети, констатируется, что нельзя посылать сообщения о сообщениях. Также констатируется, что ICMP сообщения можно посылать только о проблемах, возникающих при обработке нулевого фрагмента в сегментированной датаграмме (нулевой фрагмент имеет нуль в поле смещения фрагмента).

Формат сообщений протокола ICMP

Все типы сообщений имеют один и тот же формат (рис. 1), однако интерпретация полей существенно зависит от того, к какому типу относится сообщение.

Рис. 1. Формат ICMP-сообщения

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

Поле типа может иметь следующие значения:

Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.

Сообщения типа запрос-ответ связаны в пары: эхо-запрос — эхо-ответ, запрос маски -ответ маски, запрос времени — ответ времени. Отправитель сообщения-запроса всегда рассчитывает на получение соответствующего сообщения-ответа.

Рис. 2. Типы и коды ICMP-сообщений

Эхо-протокол

Протокол ICMP предоставляет сетевым администраторам средства для тестирования достижимости узлов сети. Эти средства представляют собой очень простой эхо-протокол, включающий обмен двумя типами сообщений: эхо-запрос и эхо-ответ. Компьютер или маршрутизатор посылают по интерсети эхо-запрос, в котором указывают IP-адрес узла, достижимость которого нужно проверить. Узел, который получает эхо-запрос, формирует и отправляет эхо-ответ и возвращает сообщение узлу - отправителю запроса. В запросе могут содержаться некоторые данные, которые должны быть возвращены в ответе. Так как эхо-запрос и эхо-ответ передаются по сети внутри IP-пакетов, то их успешная доставка означает нормальное функционирование всей транспортной системы интерсети.

Во многих операционных системах используется утилита ping, которая предназначена для тестирования достижимости узлов. Эта утилита обычно посылает серию эхо-запросов к тестируемому узлу и предоставляет пользователю статистику об утерянных эхо-ответах и среднем времени реакции сети на запросы.

Сообщения о недостижимости узла назначения

Когда маршрутизатор не может передать или доставить IP-пакет, он отсылает узлу, отправившему этот пакет, сообщение "Узел назначения недостижим" (тип сообщения - 3). Это сообщение содержит в поле кода значение, уточняющее причину, по которой пакет не был доставлен. Причина кодируется следующим образом:

Маршрутизатор, обнаруживший по какой-либо причине, что он не может передать IP-пакет далее по сети, должен отправить ICMP-сообщение узлу-источнику, и только потом отбросить пакет. Кроме причины ошибки, ICMP-сообщение включает также заголовок недоставленного пакета и его первые 64 бита поля данных.

Узел или сеть назначения могут быть недостижимы из-за временной неработоспособности аппаратуры, из-за того, что отправитель указал неверный адрес назначения, а также из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о маршруте к сети назначения.

Недостижимость протокола и порта означают отсутствие реализации какого-либо протокола прикладного уровня в узле назначения или же отсутствие открытого порта протоколов UDP или TCP в узле назначения.

Ошибка фрагментации возникает тогда, когда отправитель послал в сеть пакет с признаком DF, запрещающим фрагментацию, а маршрутизатор столкнулся с необходимостью передачи этого пакета в сеть со значением MTU меньшим, чем размер пакета.

Перенаправление маршрута

Маршрутные таблицы у компьютеров обычно являются статическими, так как конфигурируются администратором сети, а у маршрутизаторов - динамическими, формируемыми автоматически с помощью протоколов обмена маршрутной информации. Поэтому с течением времени при изменении топологии сети маршрутные таблицы компьютеров могут устаревать. Кроме того, эти таблицы обычно содержат минимум информации, например, только адреса нескольких маршрутизаторов.

Для корректировки поведения компьютеров маршрутизатор может использовать сообщение протокола ICMP, называемое "Перенаправление маршрута" (Redirect).

Это сообщение посылается в том случае, когда маршрутизатор видит, что компьютер отправляет пакет некоторой сети назначения нерациональным образом, то есть не тому маршрутизатору локальной сети, от которого начинается более короткий маршрут к сети назначения.

Механизм перенаправления протокола ICMP позволяет компьютерам содержать в конфигурационном файле только IP-адреса его локальных маршрутизаторов. С помощью сообщений о перенаправлении маршрутизаторы будут сообщать компьютеру всю необходимую ему информацию о том, какому маршрутизатору следует отправлять пакеты для той или иной сети назначения. То есть маршрутизаторы передадут компьютеру нужную ему часть их таблиц маршрутизации.

В сообщении "Перенаправление маршрута" маршрутизатор помещает IP-адрес маршрутизатора, которым нужно пользоваться в дальнейшем, и заголовок исходного пакета с первыми 64 битами его поля данных. Из заголовка пакета узел узнает, для какой сети необходимо пользоваться указанным маршрутизатором.

Подводя итоги, можно сказать, что ICMP-протокол осуществляет:

• передачу отклика на пакет или эхо на отклик;

• контроль времени жизни датаграмм в системе;

• реализует переадресацию пакета;

• выдает сообщения о недостижимости адресата или о некорректности параметров;

• формирует и пересылает временные метки;

• выдает запросы и отклики для адресных масок и другой информации.

Следует только иметь в виду, что получив отклик на посланный запрос, мы узнаем состояние объекта не в данный момент, а RTT/2 тому назад.

ICMP-сообщения об ошибках никогда не выдаются в ответ на:

• ICMP-сообщение об ошибке.

• При мультикастинг или широковещательной адресации.

• Для фрагмента датаграммы (кроме первого).

• Для датаграмм, чей адрес отправителя является нулевым, широковещательным или мультикастинговым.

Эти правила призваны блокировать потоки датаграмм, посылаемым в отклик на мультикастинг или широковещательные ICMP-сообщения.

Схема вложения ICMP-пакетов в Ethernet-кадр

Рис. 3. Схема вложения ICMP-пакетов в Ethernet-кадр