探究路由探測工具

■湖北枝江市職業(yè)教育中心 楊華 杜國金

根據(jù)平時(shí)的工作實(shí)踐挖掘以下幾種工具的路由探測功能。

目的路由跟蹤工具【Traceroute與Tracert】

Traceroute 是Linux 和Mac OS 等系統(tǒng)默認(rèn)提供的路由追蹤小程序，Tracert 是Windows系統(tǒng)默認(rèn)提供的路由追蹤小程序。二者的功能相同，都能探測數(shù)據(jù)包從源地址到目的地址經(jīng)過的路由器的IP 地址。Traceroute/Tracert 的實(shí)現(xiàn)都借助了TTL：通過向目的地址發(fā)送一系列的探測包，設(shè)置探測包的TTL 初始值分別為1,2,3…，根據(jù)返回的超時(shí)通知（ICMP Time Exceeded Message）得到源地址與目的地址之間的每一跳路由信息。雖然兩者輸出結(jié)果一致，但在實(shí)現(xiàn)原理上還有著顯著的差別。

圖1 端口不可達(dá)路由跟蹤

Traceroute 借助UDP 協(xié)議，Tracert 借助ICMP 協(xié)議。

1.Traceroute 實(shí)現(xiàn)原理

Traceroute 使用UDP 包進(jìn)行探測，目標(biāo)端口號默認(rèn)為33434，每次探測目標(biāo)端口號加1。Traceroute 故意使用了一個(gè)大于 30000（因UDP 協(xié)議規(guī)定端口號必須小于30000，所以目標(biāo)主機(jī)收到數(shù)據(jù)包后唯一能做的事就是返回一個(gè)“端口不可達(dá)”的ICMP 報(bào)文）的目標(biāo)端口號，以保證目標(biāo)地址收到數(shù)據(jù)包后能夠返回一個(gè)“端口不可達(dá)”的ICMP 報(bào)文，于是源地址就可將端口不可達(dá)報(bào)文當(dāng)作跟蹤結(jié)束的標(biāo)志，這是巧妙運(yùn)用了UDP協(xié)議的本身特征達(dá)到探測路由的目的（如圖1 所示）。

但有時(shí)Traceroute 并不能到達(dá)目的地，當(dāng)TTL 增加到一定大小之后就一直拿不到返回的數(shù)據(jù)包了，主要是因?yàn)榘踩珕栴}，在運(yùn)營商的路由器上，對UDP 與ICMP 的數(shù)據(jù)包處理非常謹(jǐn)慎，兩者待遇大不一樣。

為了利于故障排除，ICMP ECHO Request/Reply 是不會(huì)封的，而UDP 則不同。UDP 常被用來做網(wǎng)絡(luò)攻擊，因?yàn)閁DP 無需連接，因而沒有任何狀態(tài)約束它，比較方便攻擊者偽造源IP、偽造目的端口發(fā)送任意多的UDP 包。

所以運(yùn)營商為安全考慮，對于UDP 端口常常采用白名單ACL，就是只有ACL 允許的端口才可以通過，沒有明確允許的則統(tǒng)統(tǒng)丟棄，比如允許DNS/DHCP/SNMP 等。

其實(shí)這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)服務(wù)器了，但是因?yàn)榘踩珕栴}大部分的應(yīng)用服務(wù)器都不提供UDP 服務(wù)（或者被防火墻擋掉），所以我們拿不到服務(wù)器的任何返回，程序就理所當(dāng)然的認(rèn)為還沒有結(jié)束，一直嘗試增加數(shù)據(jù)包的TTL。

目前許多開源iOS Traceroute 實(shí)現(xiàn)大多都是基于UDP 的方案，實(shí)際用起來并不能達(dá)到想要的效果，所以我們需要采用另一種方案來實(shí)現(xiàn)。

圖2 Traceroute 和Tracert 兩者對比

圖3 ICMP 協(xié)議數(shù)據(jù)包路由選項(xiàng)

2.Tracert 實(shí)現(xiàn)原理

Tracert 使用ICMP 請求回顯（ICMP Echo Request）數(shù)據(jù)包進(jìn)行探測，每跳默認(rèn)發(fā)送3 個(gè)探測包，在未能到達(dá)路由器或未返回ICMP 超時(shí)通知的情況下，相應(yīng)的延時(shí)位置會(huì)以“*”顯示。每個(gè)探測包都有唯一的標(biāo)識號，ICMP 數(shù)據(jù)包使用Seq 進(jìn)行標(biāo)識。源地址以目的地址返回的ICMP 回應(yīng)答復(fù)（ICMP Echo Reply）作為跟蹤結(jié)束標(biāo)志，這比Traceroute 采用“端口不可達(dá)”作為結(jié)束標(biāo)志可靠多了。兩者對比如圖2所示。

除了以上專業(yè)的路由跟蹤工具，在其它的網(wǎng)絡(luò)命令中也有此功能的體現(xiàn)，如Ping 和Pathing 命令。

源路由跟蹤工具【Ping】

命令格式：Ping-r count Record route for count hops.

在“記錄路由”字段中記錄傳出和返回?cái)?shù)據(jù)包的路由。盡管Ping 工具也可以進(jìn)行偵測，但是因?yàn)镮P 頭的限制，Ping 不能完全的記錄下所經(jīng)過的路由器，因?yàn)椤坝涗浡酚伞弊侄巫畲笾凳?0 字節(jié)，而每個(gè)IP 要占有4 個(gè)字節(jié)，另外加三個(gè)點(diǎn)分符，每個(gè)IP 占用bit 位4*83=35;40*8/35=9（取整）,所有最多只記錄9 條路由記錄。

1.Ping-實(shí)驗(yàn)抓包分析

看一下發(fā)出的請求包：在發(fā)出的ICMP 包中的IP 頭中使用了0x07 的源地址路由選項(xiàng)（如圖3 所示），說明ICMP 的路由是根據(jù)返回包的記錄的源地址選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)路由記錄的，從返回的包中的路由記錄中可以看出和顯示的路由信息完全一致。

但是我們知道，通過源路由選項(xiàng)我們得出的結(jié)果是從222.42.254.182 返回我們主機(jī)的包，其記錄的路由實(shí)際上是Router3 到PC0 的路由，而不是PC0 到Router3 的路由，這就有差別了。

2.Tracer-實(shí)驗(yàn)抓包分析

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?接口

Tracert 則是通過遞增TTL 來實(shí)現(xiàn)的路由檢測，那么他是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的由我們的主機(jī)到Router3 的路由。

一個(gè)回路，一個(gè)去路，我們想像一下，如果可以結(jié)合這兩個(gè)命令繪制完整的網(wǎng)絡(luò)路由接口圖，如圖4 所示，我們只知道目標(biāo)Router3 的IP，確可以得到完整的網(wǎng)絡(luò)路由接口圖，這對于網(wǎng)絡(luò)故障的排查是大有幫助的。

遺憾的是，由于本身ICMP 協(xié)議包大小的限制，有時(shí)略顯不足。

（1）由于ICMP 協(xié)議包最多只能保留9 條路由記錄，所以超過9 條就無能無力了。

（2）由于一個(gè)是回路，一個(gè)是去路，因此可能選擇的路由路徑是不一致的，即使是一致的，也會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。為什么呢？因?yàn)槁酚啥际嵌嘟涌诘?，從一個(gè)接口收到包以后，轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口上，由于Ping 方式獲取的是包返回的路由，所以記錄的都是這個(gè)路由的返回時(shí)候收到包的接口，而TTL 遞增方式則是記錄的發(fā)送包的時(shí)候收到的路由接口地址。

（3）對于Ping,發(fā)送的是一個(gè)echo request 包，ICMP type=8,code=0，當(dāng)被Ping 者接到相關(guān)ICMP 包的時(shí)候，返回ICMP type=0,code=0 的響應(yīng)包。

而對于 Tracert，包發(fā)出去后，途經(jīng)的每個(gè)站點(diǎn)都會(huì)返回一個(gè) ICMP type=11,code=0（表示傳輸中TTL=0）的包回去，只有到了終點(diǎn)，才會(huì)返回一個(gè) ICMP type=3,code=3。

因此，Ping 和Tracert雖然原理上都是利用ICMP包，但使用的ICMP 類型不一樣，所以可能會(huì)出現(xiàn)Ping通，但Tracert 不通的情況，反之亦然。

【小技巧】如果到達(dá)目網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備不超過4 個(gè)，可以直接通過Ping-r-9 來進(jìn)行跟蹤，因?yàn)槿サ臄?shù)據(jù)包一去一回剛好把來去的路由接口記錄下來，這樣整個(gè)詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚统鰜砹耍缦旅婷钏荆?/p>

正在Ping 222.42.254.182 具有32 字節(jié)的數(shù)據(jù)：

路由跟蹤分析工具【PathPing】

圖5 運(yùn)行結(jié)果

PathPing 命令是一個(gè)路由跟蹤分析工具，它將Ping和Tracert 命令的功能與這兩個(gè)工具所不提供的其他信息結(jié)合起來，綜合了二者的功能。PathPing 會(huì)先顯示中間的通過的路由器（類似Tracert 命令得到的信息），然后分別對每個(gè)中間路由器（節(jié)點(diǎn)）發(fā)送一定數(shù)量的Ping包，通過統(tǒng)計(jì)它們對Ping 包響應(yīng)的數(shù)據(jù)包來分析通信質(zhì)量。

1.PathPing-實(shí)驗(yàn)抓包分析

正在計(jì)算統(tǒng)計(jì)信息，已耗時(shí) 100 秒...

指向此處的源此節(jié)點(diǎn)/鏈接

如圖5 所示命令，運(yùn)行結(jié)果反映出數(shù)據(jù)包從源主機(jī)到目標(biāo)主機(jī)所經(jīng)過的路徑、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)以及丟包率，顯示在任何特定路由器或鏈接處的數(shù)據(jù)包的丟失程度，可據(jù)此確定存在網(wǎng)絡(luò)問題的路由器或子網(wǎng)，幫助我們解決網(wǎng)絡(luò)問題。

2.特別注意

（1）這種方式可能要花費(fèi)一定的時(shí)間成本，它每次給中間節(jié)點(diǎn)發(fā)送的Ping 包可能數(shù)量很大（根據(jù)筆者抓包顯示達(dá)到了上千個(gè)），如果中間節(jié)點(diǎn)又很多，那結(jié)果可想而知，所以要有足夠的耐心等待了。

（2）如果路由器對Ping關(guān)閉了響應(yīng)，那么該節(jié)點(diǎn)的丟包率會(huì)達(dá)到100%，所以這種一般就是關(guān)閉了Ping 回復(fù)。

（3）對Ping 包丟棄程度只是節(jié)點(diǎn)本身對Ping 的處理，并不一定影響他的通信，你可以看到，關(guān)閉Ping 回復(fù)命令節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)返回到數(shù)據(jù)是正常的，說明回復(fù)的包都成功發(fā)送回來。