98-traceroute 程序

traceroute 程序可以让我们看到 IP 数据报从一台主机传到另一台主机所经过的路由，该程序最早由 Van Jacobson 实现。

当然我们不可能原汁原味的模仿一遍 traceroute 程序，在这里，我们只需要把最关键的功能实现出来就算完成任务。

1. 牛刀小试

本文使用的程序工具托管在 gitos 上：http://git.oschina.net/ivan_allen/unp

1.1 仿真环境测试

这里使用 GNS3 软件来模拟实验，该工程位于路径unp/protocol/gns3/demo01下。拓扑图如图 1 所示。

图1 仿真环境拓扑图

• 在 PC1 上执行 traceroute，跟踪 PC1 到 PC3 的路径

图2 PC1 到 PC3 的路径

• 在 PC3 上执行 traceroute，跟踪 PC3 到 PC1 的路径

图3 PC3 到 PC1 的路径

1.2 真实网络测试

• 程序路径

如果你已经 clone 过这个代码了，请使用 git pull 更新一下。本节程序所使用的程序路径是 unp/program/icmp/traceroute.

• 运行结果

图4 查看到 192.168.165.1 这台路由器的路径

上面的 tracert 是我们自己写的程序，下面的 traceroute 是系统自带的程序。可以看到，分别经过了 4 跳就到达了目的地。图 5 是该网络拓扑图。

图5 网络拓扑示意图

2. 程序设计

2.1 traceroute 程序的执行过程

• 发送一份 TLL 字段为 1 的 IP 数据报给目的主机。处理这份数据报的第一个路由器将 TTL 值减 1，并丢弃该数据报，并发回一份超时 ICMP 报文（type=11, code=0），这样就得到了该路径的第一个路由器地址。
• 发送一份 TLL 字段为 2 的 IP 数据报给目的主机，处理这份数据报的第一个路由器将 TLL 值减 1，并转发给第二个路由器；第二个路由器将 TLL 值减 1，并丢弃数据报，并发回一份超时 ICMP 报文。
• ……

在 traceroute 中，它实际发送一份 UDP 数据报给目的主机，但它选一个不可能的值作为 UDP 端口，目的主机任何一个应用程序都不可能使用这个端口。

最后，当该数据报到达目的主机时，会产生一个端口不可达的 ICMP 差错报文（见上一篇文章），traceroute 程序要做的就是区分接收到的 icmp 报文是超时还是端口不可达，以此判断什么时候应该结束。

2.2 伪代码

完整代码请参考 unp/program/icmp/traceroute

// 默认 30 跳
int done = 0;
for (ttl = 1:30 && !done) {
  for (i = 0; i < 3; ++i) {
    // 重复发 3 次
    // 1. 发送 UDP　报文给目标主机
    // 2. 接收 ICMP 报文
    // 3.
    if (// 没有收到 icmp 报文) {
      printf(" *");
    }
    else if (icmp->type == 11 && icmp->code == 0) {
      // 超时报文
      // 打印发送者(src) ip 地址以及 rtt 
    }
    else if (icmp->type == 3 && icmp->code == 3) {
      // 端口不可达报文
      // 已经到达目标主机，打印 ip 地址以及 rtt
      done = 1; // 可以提前结束      
    }
  }
}

3. 实验

tracert 程序接收命令行参数 -m hops，用 m 来指定最大跳数。来看一下跟踪到主机 mars 的路径：

图6 运行结果

出现 * 号是因为有些中间路由器不产生 ICMP 超时报文（该功能被关闭）。

下面是使用自带的 traceroute 命令得出的结果：

图7 自带命令运行结果

4. 总结

• 掌握 traceroute 程序的原理
• 编写 traceroute 程序