【Shell 命令集合网络通讯】Linux 追踪数据包在网络中的路径 traceroute命令使用指南-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Shell 命令集合网络通讯】Linux 追踪数据包在网络中的路径 traceroute命令使用指南。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

Shell 命令专栏：Linux Shell 命令全解析

描述

traceroute命令用于追踪数据包在网络中的路径。它通过发送一系列的ICMP（Internet Control Message Protocol）回显请求数据包（ping包），并记录每个数据包的传输时间，从而确定数据包从源主机到目标主机经过的所有中间路由器。

当我们使用traceroute命令时，它会发送一系列的数据包，每个数据包的TTL（生存时间）值逐渐递增。当数据包到达某个中间路由器时，如果TTL值为0，路由器会将该数据包丢弃，并发送一个ICMP回显超时消息给源主机。通过这种方式，traceroute命令可以获取数据包经过的每个中间路由器的IP地址和传输时间。

通过分析traceroute命令的输出，我们可以确定数据包在网络中的路径，以及每个中间路由器的响应时间。这对于网络故障排除和网络性能优化非常有帮助。我们可以根据traceroute的结果，确定数据包在网络中的瓶颈位置，并采取相应的措施来改善网络性能。

总结起来，traceroute命令的作用是通过发送一系列的ICMP回显请求数据包，追踪数据包在网络中的路径，并记录每个数据包的传输时间，以便分析网络性能和故障排除。

语法格式

traceroute [选项] 目标主机

参数说明

-n：以数字形式显示中间路由器的IP地址，而不进行反向DNS查找。
-q <次数>：设置每个TTL值发送的数据包数量。
-I：使用ICMP Echo请求数据包（ping包）进行追踪，而不是默认的UDP数据包。
-w <超时时间>：设置等待每个中间路由器响应的超时时间。
-m <最大跳数>：设置追踪路径的最大长度，即最大跳数。
-f <起始TTL值>：设置起始TTL值，即从指定跳数开始追踪路径。

错误情况

如果目标主机无法到达或不存在，traceroute命令将显示相关错误信息，如"无法解析主机"或"网络不可达"。
如果网络中存在防火墙或路由器配置问题，可能会导致traceroute命令失败或无法显示完整的路径。
如果traceroute命令的超时时间设置过短，可能会导致中间路由器无法及时响应，从而显示超时错误。

请注意，以上是一些常见的错误情况，实际情况可能因网络配置和环境而有所不同。在使用traceroute命令时，需要根据具体情况进行参数设置和错误排查。

注意事项

在使用Linux Shell中的traceroute命令时，有一些注意事项需要考虑：

需要使用管理员权限：traceroute命令需要发送和接收ICMP或UDP数据包，这通常需要管理员权限。因此，在使用traceroute命令之前，请确保您具有足够的权限，或者使用sudo来执行命令。
防火墙和路由器配置：在某些情况下，网络中的防火墙或路由器配置可能会阻止或限制traceroute命令的正常执行。如果您发现无法获取完整的路径或出现超时错误，请检查网络设备的配置，并确保允许ICMP或UDP数据包通过。
解析主机名的延迟：traceroute命令默认会尝试解析每个中间路由器的IP地址对应的主机名。这可能会导致一些延迟，特别是在网络中存在DNS问题或主机名解析较慢的情况下。如果您对延迟比较敏感，可以使用-n选项来禁用主机名解析。
超时时间的设置：traceroute命令会等待每个中间路由器的响应，如果超过了设定的超时时间仍未收到响应，将显示超时错误。默认的超时时间可能不适用于所有网络环境。您可以使用-w选项来设置合适的超时时间，以确保能够获取到足够的响应。
最大跳数的设置：traceroute命令默认的最大跳数为30，这意味着如果数据包在30个跳内未到达目标主机，将停止追踪并显示相关信息。在某些网络中，可能需要设置更大的最大跳数，以便追踪更长的路径。您可以使用-m选项来设置最大跳数。
安全性考虑：由于traceroute命令涉及发送和接收网络数据包，可能会引起一些安全问题。在某些情况下，网络管理员可能会限制或禁止使用traceroute命令。在使用traceroute命令时，请确保您已获得适当的授权，并遵守相关的安全政策和规定。

总之，在使用traceroute命令时，请确保您具备足够的权限、了解网络环境和配置，并注意安全性和延迟等因素。

底层实现

在Linux Shell中，traceroute命令的底层实现是通过发送特定类型的网络数据包来追踪路径。具体来说，它使用了ICMP（Internet Control Message Protocol）或UDP（User Datagram Protocol）数据包来实现。

当我们执行traceroute命令时，它会创建一个原始套接字（raw socket）来发送数据包。在每个数据包中，它会设置一个特定的TTL（Time to Live）值，该值指定了数据包在网络中可以经过的最大跳数。初始TTL值通常为1。

traceroute命令通过发送数据包到目标主机，并等待每个中间路由器的响应。如果一个中间路由器收到了数据包，但发现TTL值已经为0，它会丢弃该数据包，并发送一个ICMP超时消息（如果使用ICMP协议）或UDP端口不可达消息（如果使用UDP协议）给源主机。这样，traceroute命令就能够确定数据包经过的每个中间路由器的IP地址和传输时间。

为了获取更多的信息，traceroute命令会逐渐增加TTL值，并发送多个数据包，以便覆盖整个路径。它会记录每个数据包的传输时间和路由器的IP地址，然后将结果输出给用户。

需要注意的是，底层实现可能因操作系统和网络设备的不同而有所差异。不同的操作系统可能使用不同的方式来发送和接收数据包，而网络设备的配置和策略也可能会影响traceroute命令的执行和结果。

总结起来，traceroute命令底层通过发送特定类型的网络数据包（ICMP或UDP）来追踪路径。它使用TTL值来控制数据包在网络中经过的跳数，并通过接收中间路由器的响应来确定路径和传输时间。

示例

示例一

$ traceroute www.google.com

该命令将追踪到达www.google.com的路径，并显示每个中间路由器的IP地址和传输时间。

示例二

$ traceroute -n 192.168.0.1

该命令将以数字形式显示中间路由器的IP地址，而不进行反向DNS查找。

示例三

$ traceroute -q 10 www.example.com

该命令将发送10个数据包来追踪到达www.example.com的路径。

示例四

$ traceroute -I 8.8.8.8

该命令将使用ICMP Echo请求数据包（ping包）进行追踪，而不是默认的UDP数据包。

示例五

$ traceroute -w 2 www.yahoo.com

该命令将设置等待每个中间路由器响应的超时时间为2秒。

示例六

$ traceroute -m 20 www.microsoft.com

该命令将设置最大跳数为20，即追踪路径的最大长度为20跳。

示例七

$ traceroute -f 5 www.amazon.com

该命令将设置起始TTL值为5，即从第5跳开始追踪路径。

用c语言实现

下面是一个使用C语言实现traceroute命令的简单示例代码，代码中使用了原始套接字（raw socket）来发送和接收网络数据包。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>

#define MAX_HOPS 30
#define PACKET_SIZE 64
#define ICMP_ECHO_REQUEST 8
#define ICMP_ECHO_REPLY 0
#define ICMP_TIME_EXCEEDED 11

// 计算校验和
unsigned short calculateChecksum(unsigned short *buffer, int length) {
    unsigned long sum = 0;
    while (length > 1) {
        sum += *buffer++;
        length -= 2;
    }
    if (length == 1) {
        sum += *(unsigned char *)buffer;
    }
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);
    sum += (sum >> 16);
    return ~sum;
}

// 发送ICMP回显请求数据包
void sendEchoRequest(int sockfd, struct sockaddr_in *dest_addr, int ttl) {
    struct icmphdr icmp_header;
    memset(&icmp_header, 0, sizeof(struct icmphdr));
    icmp_header.type = ICMP_ECHO_REQUEST;
    icmp_header.code = 0;
    icmp_header.un.echo.id = getpid();
    icmp_header.un.echo.sequence = ttl;
    icmp_header.checksum = calculateChecksum((unsigned short *)&icmp_header, sizeof(struct icmphdr));

    setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_TTL, &ttl, sizeof(int));
    sendto(sockfd, &icmp_header, sizeof(struct icmphdr), 0, (struct sockaddr *)dest_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
}

// 接收ICMP回显回复数据包
int receiveEchoReply(int sockfd, int ttl, struct sockaddr_in *recv_addr, float *rtt) {
    char buffer[PACKET_SIZE];
    struct timeval start_time, end_time;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);

    gettimeofday(&start_time, NULL);
    ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, PACKET_SIZE, 0, (struct sockaddr *)recv_addr, &addr_len);
    gettimeofday(&end_time, NULL);

    *rtt = (end_time.tv_sec - start_time.tv_sec) * 1000.0 + (end_time.tv_usec - start_time.tv_usec) / 1000.0;

    if (bytes_received >= sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct icmphdr)) {
        struct iphdr *ip_header = (struct iphdr *)buffer;
        struct icmphdr *icmp_header = (struct icmphdr *)(buffer + (ip_header->ihl * 4));
        if (icmp_header->type == ICMP_ECHO_REPLY) {
            return 1; // 收到回复
        } else if (icmp_header->type == ICMP_TIME_EXCEEDED) {
            return 2; // TTL超时
        }
    }
    return 0; // 其他情况
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <destination>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    struct hostent *host = gethostbyname(argv[1]);
    if (host == NULL) {
        printf("Cannot resolve hostname.\n");
        return 1;
    }

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return 1;
    }

    struct sockaddr_in dest_addr;
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    dest_addr.sin_family = AF_INET;
    dest_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);

    printf("Traceroute to %s (%s)\n", argv[1], inet_ntoa(dest_addr.sin_addr));

    for (int ttl = 1; ttl <= MAX_HOPS; ttl++) {
        printf("%2d ", ttl);

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            sendEchoRequest(sockfd, &dest_addr, ttl);

            struct sockaddr_in recv_addr;
            memset(&recv_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
            float rtt = 0.0;

            int result = receiveEchoReply(sockfd, ttl, &recv_addr, &rtt);
            if (result == 1) {
                printf(" %.3f ms", rtt);
                break;
            } else if (result == 2) {
                printf(" *");
            } else {
                printf(" ???");
            }
        }

        printf("\n");
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}