使用IP选项实现Traceroute程序

使用IP选项实现Traceroute程序

1.现今的Traceroute

现在的traceroute的实现是这样的：主机先发出一个TTL（TimeToLive，生存时间）为1的数据包。接着数据包经过第一跳之后到达一个路由器，此时路由器将发回一个ICMP 错误消息[1]，以说明这个数据包不能继续向前传送，因为其TTL已经过期了。然后traceroute程序又发出一个TTL为2的数据包，这个数据包经过两次跳跃后其TTL过期。这个过程不断重复，直到数据包到达目的主机。此过程的目的就是要记录下所有发出ICMP 超时消息的消息源，据此就可以确定出数据包到达目的主机的路径了。

这个算法的优点是所有的路由器都能够发出TTL超时消息，因而不需要特殊的代码以支持此算法。而其缺点在于：发出的数据包的数目（2n个，其中n是数据包跳跃次数）（译注：可能包含了路由器发送的超时消息），花费在用连续的数据包记录较近路由的时间，以及路径在这个检测过程中可能会发生改变这个事实。同时，这个算法并不能跟踪检测数据包返回时的路径，而这个路径很可能与外出路径不同。

2.将来的Traceroute

这个被提议的traceroute实现将使用一种不同的算法来达到相同的目的，即得到到达目的主机的路径。由于新的traceroute实现采用了一种专用的ICMP消息，所以用户还可以得到一些以前（使用老的traceroute）得不到的额外信息。

2.1基本算法

这里，我们将定义一种新的IP选项——Traceroute选项。若此选项存在在一个ICMP 应答（或任何其他）数据包中，在下文中称之为“外出数据包”（OutboundPacket），则会使路由器给这个外出数据包的源端发出一个新定义的ICMPTraceroute消息。这样，通过n+1个数据包（而不是2n个），这个外出数据包所经过的路径就可以被其发送端记录下来。路径的改变并不影响这个算法的有效性，同时，该算法还允许对外出数据的应答，下文称之为“返回数据包”（ReturnPacket），进行跟踪，只要外出数据包的目的主机在发送应答数据时保留原来的IPTraceroute选项就可以了。

这个方法的不足之处在于必须把traceroute功能加到路由器中去。而好处是这种机制能够很容易的加入到新版本的IP协议中去。

2.2IPTraceroute选项格式

（译注：为方便对比，我将英文和中文的格式都列了出来，下同）

F（复制到分片标志，copytofragments）：

0（不复制到分片）

C（类别，class）：

2（调试&测量）

数字（Number）：

18（F+C+Number=82）

ID标识号（IDNumber）：

这是由外出数据包发送者指定的任意一个数值，其目的在于可以让程序识别与自身发出数据包对应的ICMPTraceroute消息。这个数值与IP头部的标识号没有关系。

源IP地址（OriginatorIPAddress）：

发送外出数据包的主机地址。这是必须的，因为路由器要根据这个地址发送返回数据包。

含有源站选路（SourceRoute）选项的外出数据包同样需要这个字段。

外出跳跃计数（OutboundHopCount，简称OHC）：

外出数据包已经通过的路由器数目。外出数据包的目的主机不增加这个字段的值。

返回跳跃计数（ReturnHopCount，简称RHC）：

返回数据包已经通过的路由器数目。返回数据包的目的主机不增加这个字段的值。2.3ICMPTraceroute消息格式

类型（Type）：

30

代码（Code）：

0-外出数据包转发成功

1-前面已没有路由器，数据包被抛弃

校验和（Checksum）：

对首部中每个16位字进行二进制反码求和的结果。在计算校验和之前，应当先把此字段填零，然后填入计算结果。

ID标识号（IDNumber）：

与引起此消息的数据包中的IPTraceroute选项部分的相应字段相同。这同样不与IP 首部的ID标识号有任何关系。

外出跳跃计数（OutboundHopCount）：

与引起此消息的数据包中的IPTraceroute选项部分的相应字段相同。

返回跳跃计数（ReturnHopCount）：

与引起此消息的数据包中的IPTraceroute选项部分的相应字段相同。

输出连接速度（OutputLinkSpeed）：

发送“外出/返回数据包”所在连接的速度，以“字节（8位）/秒”计。选择“字节/秒”而不是“位/秒”是考虑到如下事实：网络速度不久即将突破4.3GB/s，同时有些机器处理大于32位字段的效率很低。如果这个值不能确定，那么该字段应该置为零。

输出连接MTU（OutputLinkMTU）：

发送“外出/返回数据包”所在连接的MTU，以“字节”计。MTU所针对的只是数据包中的数据部分，包括IP首部，但不包括链路层所加的首部及尾部封装。如果这个值不能确定，那么该字段应该置为零。

3.协议

带有IPTraceroute选项的外出数据包通常不应该使用特殊的服务类型（TypeOfService，简称TOS）或优先级（Precedence），除非想要跟踪具有特殊服务类型或优先级的数据包路径。

外出数据包的TTL值应该设置成“数字分配”[2]一文中所指定的默认值。

3.1跳跃（Hop）计数

跳跃计数提供了有关外出/返回数据包到目的主机所经路径长度的信息。这些计数也提供了判断ICMPTraceroute消息丢失与否的一种方法。举个例子来说，如果一个OHC为6的消息紧跟在一个OHC为4的消息后面，那么我们可以得出结论，那个OHC为5的消息丢失了。这也说明了仅计算Traceroute消息的数目不能有效判断路径长度的原因。

外出数据包的源端应当把数据包中的OHC设成0，而把RHC设成0xFFFF。0xFFFF 这个特殊数值用来表示这是一个外出数据包而不是返回数据包，返回数据包的RHC为0。

另外要注意的很重要的一点是，这个跳跃计数与与IP的TTL没有任何关联。跳跃计数的步增应该仅在一个ICMPTraceroute消息发出时进行。