Задачи, решаемые ICMP

Можно сказать, что ICMP-протокол осуществляет:

· передачу отклика на пакет или эхо на отклик;

· контроль времени жизни дейтограмм 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.

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

· ICMP-сообщение об ошибке.

· При мультикастинг или широковещательной адресации.

· Для фрагмента дейтограммы (кроме первого).

· Для дейтограмм, чей адрес отправителя является нулевым, широковещательным или мультикастинговым.

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

ICMP-сообщения имеют свой формат, а схема их вложения аналогична UDP или TCP и представлена на рис. 4.4.4.1.

Рис. 4.4.4.1. Схема вложения ICMP-пакетов в Ethernet-кадр

Все ICMP пакеты начинаются с 8-битного поля типа ICMP и его кода (15 значений).

По существу, значения полей типа и кода выполняют почти ту же функцию, что и порт в ТСР и UDP-протоколах.

Код уточняет функцию ICMP-сообщения.

Процедура "отключение источника" (quench, поле тип ICMP=4) позволяет управлять потоками данных в каналах Интернет. Не справляясь с обработкой дейтаграмм, адресат может послать запрос "отключить источник" отправителю, который может сократить темп посылки пакетов или вовсе прервать их посылку. Специальной команды, отменяющей прежние запреты, не существует. Если сообщения об отключении прекращаются, источник может возобновить посылку пакетов или увеличить частоту их отправки. Ниже (на рис. 4.4.4.2) представлен формат эхо-запроса (ping) и отклика для протокола ICMP.

Рис. 4.4.4.2. Формат эхо-запроса и отклика ICMP

Поля Идентификатор (обычно это идентификатор процесса) и Номер по порядку (увеличивается на 1 при посылке каждого пакета) служат для того, чтобы отправитель мог связать в пары запросы и отклики. Поле Тип определяет, является ли этот пакет запросом (8) или откликом (0). Поле Контрольная сумма представляет собой 16-разрядное дополнение по модулю 1 контрольной суммы всего ICMP-сообщения, начиная с поля Тип. Поле Данные служит для записи информации, возвращаемой отправителю. При выполнении процедуры ping эхо-запрос с временной меткой в поле Данные посылается адресату. Если адресат активен, он принимает IP-пакет, меняет адрес отправителя и получателя местами и посылает его обратно. Отправитель, восприняв этот отклик, может сравнить временную метку, записанную им в пакет, с текущим показанием внутренних часов и определить время распространения пакета (RTT - round trip time). Размер поля Данные не регламентирован и определяется предельным размером IP-пакета.

Так как в пакете ICMP нет поля порт, то при запуске нескольких процессов PING одновременно может возникнуть проблема с тем какому из процессов следует передать тот или иной отклик. Для преодоления этой неопределенности следует использовать уникальные значения полей идентификатор.

Поле идентификатор бывает важно, когда ЭВМ используется как программируемый генератор трафика. В этом случае очередной ICMP-пакет посылается, не дожидаясь прихода отклика. Более того, такие пакеты могут генерироваться несколькими процессами одновременно. В этом случае поле идентификатор становится необходимым, чтобы определить, какому процессу ОС передать очередной отклик.

Время распространения ICMP-запроса, вообще говоря, не равно времени распространения отклика. Это связано не только с возможными изменениями в канале. В общем случае маршруты их движения могут быть различными.

Когда маршрутизатор не может доставить дейтаграмму по месту назначения, он посылает отправителю сообщение "адресат не достижим" (destination unreachable).

Так как собственные часы различных ЭВМ имеют свое представление о времени, протокол ICMP, среди прочего, служит для синхронизации работы различных узлов, если это требуется (запросы временных меток). Протокол синхронизации NTP (network time protocol) описан в RFC-1119.

Когда дейтограммы поступают слишком часто и принимающая сторона не справляется с этим потоком, отправителю может быть послано сообщение с требованием резко сократить информационный поток (quench-запрос), снижение потока должно продолжаться до тех пор, пока не прекратятся quench-запросы.

В глобальной сети таблицы маршрутизации остаются без изменений достаточно долгое время, но иногда они меняются. Если маршрутизатор обнаружит, что ЭВМ использует неоптимальный маршрут, он может послать ей ICMP-запрос переадресации.

Команды переадресации маршрутизатор посылает только ЭВМ и никогда другим маршрутизаторам. Рассмотрим конкретный пример. Пусть некоторая ЭВМ на основе своей маршрутной таблицы посылает пакет маршрутизатору M1. Он, просмотрев свою маршрутную таблицу, находит, что пакет следует переслать маршрутизатору M2. Причем выясняется, что пакет из M1 в M2 следует послать через тот же интерфейс, через который он попал в M1. Это означает, что M2 доступен и непосредственно для ЭВМ-отправителя. В такой ситуации M1 посылает ICMP-запрос переадресации ЭВМ-отправителю указанного пакета с тем, чтобы она внесла соответствующие коррективы в свою маршрутную таблицу.

Маршрутная таблица может загружаться из файла, формироваться менеджером сети, но может создаваться и в результате запросов и объявлений, посылаемых маршрутизаторами. После загрузки системы маршрутизатор посылает широковещательный запрос. Один или более маршрутизаторов посылают в ответ сообщения об имеющейся маршрутной информации. Кроме того, маршрутизаторы периодически (раз в 450-600 сек.) широковещательно объявляют о своих маршрутах, что позволяет другим маршрутизаторам скорректировать свои маршрутные таблицы. В RFC-1256 описаны форматы ICMP-сообщений такого рода (см. рис. 4.4.4.6).

Рис. 4.4.4.6. Формат ICMP-сообщений об имеющихся маршрутах

Поле Число адресов характеризует количество адресных записей в сообщении. Поле Длина адреса содержит число 32-битных слов, необходимых для описания адреса маршрутизатора. Поле Время жизни предназначено для записи продолжительности жизни объявленных маршрутов (адресов) в секундах. По умолчанию время жизни равно 30 мин. Поля Уровень приоритета представляют собой меру приоритетности маршрута по отношению к другим маршрутам данной подсети. Чем больше этот код, тем выше приоритет. Маршрут по умолчанию имеет уровень приоритета 0.

Так как следующий прогон (hop) дейтограммы определяется на основании локальной маршрутной таблицы, ошибки в последней могут привести к зацикливанию пакетов. Для подавления таких циркуляций используется контроль по времени жизни пакета (TTL). При ликвидации пакета по истечении TTL маршрутизатор посылает отправителю сообщение "время истекло.

Когда маршрутизатор выявил какую-либо ошибку, не из числа описанных выше (например, нелегальный заголовок дейтаграммы), посылается сообщение "Конфликт параметров". Это может произойти при неверных параметрах опций.

В процессе прокладывания маршрутов возникает проблема синхронизации работы часов различных рабочих станций. К счастью синхронизация их внутренних часов требуется не так часто (например, при выполнении синхронных измерений), негативную роль здесь могут играть задержки в каналах связи. Для запроса временной метки другой используется сообщение «Запрос временной метки».

Рис. 4.4.4.10. Формат ICMP-запроса временной метки

Поле Тип=13 указывает на то, что это запрос, а Тип=14 - на то, что это отклик. Поле Идентификатор и Номер по порядку используются отправителем для связи запроса и отклика. Поле Исходная временная метка заполняется отправителем непосредственно перед отправкой пакета. Поле Временная метка на входе заполняется маршрутизатором при получении этого пакета, а Временная метка на выходе - непосредственно перед его отправкой. Именно этот формат используется в процедурах ping и traceroute. Эти процедуры позволяют не только диагностировать, но и оптимизировать маршруты.

При работе с подсетью важно знать ее маску. Как уже отмечалось выше, IP-адрес содержит секцию адреса ЭВМ и секцию адреса сети. Для получения маски подсети ЭВМ может послать "запрос маски" в маршрутизатор и получить отклик, содержащий эту маску. ЭВМ может это сделать непосредственно, если ей известен адрес маршрутизатора, либо прибегнув к широковещательному запросу.