ICMP lý thuyết và ứng dụng

ICMP lý thuyết và ứng dụng

Đã nói đến ping thì phải nói đến ICMP, vậy ICMP là cái gì?

- IP không có cơ chế để biết được data nó gửi đã đến được đích chưa, nên mới sinh ra cái gọi là Internet Control Messenger Protocol(ICMP). ICMP sinh ra không phải để giải quyết cái thuộc tính không đáng tin cậy(unreliability) vốn có của IP mà ICMP messenger có nhiệm vụ đơn giản là thông báo cho sender biết việc gửi data đi có vấn đề.

- VD: host A gửi 1 datagram tới host Z, nhưng do một số nguyên nhân mà gói thông tin gửi tới không đúng đích.

Các thiết bị trung gian như routing protocol không đúng, chúng được gọi là unreachable network.
Cấu hình TCP/IP chưa đúng về địa chỉ, subnetmask hay default gateway, chúng được gọi là unreachable host.
Host đích không hỗ trợ upper-layer protocol, được gọi là unreachable protocol.
Host đích không hỗ trợ loại dịch vụ cần truy cập, gọi là unreachable port/socket.
- Khi đó thiết bị trung gian(router) nơi xảy ra vấn đề sẽ gửi lại một gói tin trong đó có ICMP messenger chỉ dành cho sender để thông báo về nguyên nhân. Các thiết bị trung gian khác không nhận được messenger trên và hoàn toàn không biết là có vấn đề trên đường truyền.


- Đã là một messenger được truyền đi trong mạng thì nó cũng phải đi qua những lớp dưới. Và dữ liệu (nội dung chính của messenger đó) sẽ được encap cũng như các loại data khác( nghĩa là cũng phải có Frame header, IP datagram header..) sau đó nó sẽ được chuyền đi.

- Để tránh trường hợp khi truyền ICMP messenger lại xảy ra lỗi và lại sinh ra một cái error report nữa ( và làm tăng congestion( tắc nghẽn)) ICMP sẽ không có error report nữa.

- Có nhiều loại ICMP messenger khác nhau và mỗi loại mang 1 thông điệp lỗi cụ thể khác nhau. Kiểu messenger được nhận ra nhờ format dữ liệu của messenger đó.

Định dạng của bản tin ICMP như sau :
Bản tin ICMP được mang trong phần dữ liệu của gói tin IP. Mặcdù mỗi bản tin ICMP có dạng riêng của nó, nhưng chúng đều bắt đầu với ba trường sau:

TYPE (8bit): là một số nguyên 8bit để xác định thông điệp.
CODE (8bit):cung cấp thêm thông tin về kiểu thông điệp.
CHECKSUM(16bit) : ICMP sử dụng thuật gii checksum như IP, nhưng ICMP checksum chỉ tính đến thông điệp ICMP.

Hơn nữa, các thông điệp ICMP thông báo lỗi luôn luôn bao gồm phần đầu và 64bit đầu tiên của packet gây nên lỗi. Lý do có thêm phần đầu này cùng với phần đầu packet là để cho phép nơi nhận xác định chính xác hơn những giao thức nào và chương trình ứng dụng có trách nhiệm đối với packet.

Trường TYPE của ICMP xác định ý nghĩa của thông điệp cũng như định dạng của nó.Các kiểu bao gồm:
- 0: Echo reply
- 3: Destination unreachable
- 4: Source quench
- 5: Redirect
- 8: Echo
- 9: Router advertisement
- 10: Router solicitation
- 11: Time exceeded
- 12: Parameter problem
- 13: Timestamp request
- 14: Timestamp reply
- 15: Information request (obsolete)
- 16: Information reply (obsolete)
- 17: Address mask request
- 18: Address mask reply
- 30: Traceroute
- 31: Datagram conversion error
- 32: Mobile host redirect
- 33: Ipv6 Where-Are-You
- 34: Ipv6 I-Am-Here
- 35: Mobile registration request
- 36: Mobile registration reply
- 37: Domain name request
- 38: Domain name reply
- 39: SKIP
- 40: Photuris

I. Các loại ICMP messenger thường thấy: ( có thể dùng các trình bắt gói tin để kiểm tra)
1. ICMP echo messenger

Có 2 loại là echo request và echo reply messenger tương ứng với các trường:

+ Type=0 => echo request, code=0

+ Type=8 => echo reply, code=0

Ngoài ra còn có 2 trường( size là 16bit/field) là ID và sequence Number dùng để nhận biết giữa các cặp reply/ request.

2. ICMP Destination Unreachable messenger

Như đã nói về Destination Unreachable. Nếu bị Destination Unreachable, thiết bị trung gian sẽ gửi về một Destination Unreachable messenger về sender.

Destination Unreachable có nhiều loại ứng với các nguyên nhân khác nhau và chúng sẽ có các cặp giá trị code khác nhau:

Ví dụ:
+Type=3, code=0 =>Network Unreachable
+Type=3, code=1 =>Host Unreachable
+Type=3, code=2 =>Protocol Unreachable
+Type=3, code=3 =>Port Unreachable

Bảng code nhận dạng lỗi khác

Code

Mô tả lỗi

1 Network unreachable error.
2 Host unreachable error.
3
Protocol unreachable error.
Sent when the designated transport protocol is not supported.

4
Port unreachable error.
Sent when the designated transport protocol is unable to demultiplex the datagram but has no protocol mechanism to inform the sender.

5
The datagram is too big.
Packet fragmentation is required but the DF bit in the IP header is set.

6
Source route failed error.

7 Destination network unknown error.
8 Destination host unknown error.
9
Source host isolated error.
Obsolete.

10 The destination network is administratively prohibited.
11 The destination host is administratively prohibited.
12 The network is unreachable for Type Of Service.
13 The host is unreachable for Type Of Service.
14
Communication Administratively Prohibited.
This is generated if a router cannot forward a packet due to administrative filtering.

15
Host precedence violation.
Sent by the first hop router to a host to indicate that a requested precedence is not permitted for the particular combination of source/destination host or network, upper layer protocol, and source/destination port.

16
Precedence cutoff in effect.
The network operators have imposed a minimum level of precedence required for operation, the datagram was sent with a precedence below this level.


3. ICMP Parameter Problem messenger

Vấn đề xảy ra khi có một vài error trong header của datagram( ở một vài octet) và không thể chuyển nó đi tiếp được. Khi đó thiết bị trung gian gửi một ICMP Parameter Problem messenger cho sender với các trường như sau:

Type=12
Code=0-2
Thêm một trường poiter(8 bit) để chỉ vị trí của octet lỗi.

Control messenger

không mang các lost packet hoặc error conditions. Control messenger báo cho host biết các điều kiện như đang có congestion hoặc có gateway phù hợp hơn cho host.

4. ICMP Redirect/ Change Request messenger

Là một loại control messenger, nó chỉ được gửi đi bởi một default gateway và nó báo cho host nhận biết là có best path cho mi đọc nếu có các điều kiện sau xảy ra:
+ Tại Interface mà packet đã đi vào sau đó routed lại đi ra.
+ Tại subnet/network của địa chỉ IP nguồn cùng subnet/network của nexthop.

+ Khi host được để mặc định là gửi ICMP Redirect messenger.

Có thể bỏ default này bằng command:” no ip redirect”

Có các loại Redirec Require messenger ứng với các type và code như sau:

+ Type=5, code=0 => Redirect datagram for the network.

+ Type=5, code=1 => Redirect datagram for the host.

+ Type=5, code=2 => Redirect datagram for the type service and the network.

+ Type=5, code=3 => Redirect datagram for the type service and the host.

5. ICMP Timestamp request messenger

Dùng để đồng bộ thời gian cho các ứng dụng giữa nơi chuyển và nơi nhận:

Type=13, code=0 =>ICMP Timestamp request messenger
Type=14, code=0 =>ICMP Timestamp reply messenger

Ngoài ra còn có 2 trường có size là 16 bit là ID và sequence Number dùng để nhận biết giữa các cặp reply/request.

6. ICMP Information Request and Reply Messenger

Để xác định số network được sử dụng.

Type=15, code=0 =>ICMP Information Request messenger
Type=16, code=0 =>ICMP Information Reply messenger

Ngoài ra còn có 2 trường có size là 16 bit là ID và sequence Number dùng để nhận biết giữa các cặp reply/request.

7. ICMP Address Mask Request messenger

Để host tìm subnetmask của mình khi không được cấu hình bằng tay.

Type=17, code=0 =>ICMP Address Mask Request Messenger.
Type=18, code=0 =>ICMP Address Mask Reply Messenger.

Ngoài ra còn có 2 trường có size là 16 bit là ID và sequence Number dùng để nhận biết giữa các cặp reply/request. Và thêm 1 trường 32 bit dành cho Address Mask( với request messenger thì nó được cho về not use còn với reply messenger thì nó là Address mask correct của host).

8. ICMP Router Discover messenger

Type=9, code=0
ICMP Router Solicitation messenger Được dùng khi sender mất default gateway
Type=10, code=0

9. ICMP Source Quench messenger

Được dùng để báo cho sender biết có congestion và hỏi sender xem có giảm tốc độ gửi packet đi không. Nó thuộc loại Flow- Control messenger.

Type=4, code=0

Điều khiển dòng dữ liệu
Khi trạm nguồn gửi dữ liệu tới quá nhanh, trạm đích không kịp xử lý, trạm đích – hay một thiết bị dẫn đường gửi trả trạm nguồn một thông báo để trạm nguồn tạm ngừng việc truyền thông tin.
Thông báo lỗi
Khi không tìm thấy trạm đích, một thông báo lỗi Destination Unreachable được Router gửi trả lại trạm nguồn. Nếu một số hiệu cổng không phù hợp trạm đích gửi thông báo lỗi lại cho trạm nguồn .
Kiểm tra trạm làm việc
Khi một máy tính muốn kiểm tra một máy khác có tồn tại và đang hoạt động hay không, nó gửi một thông báo Echo Request. Khi trạm đích nhận được thông báo đó, nó gửi lại một Echo Reply. Lệnh pingsử dụng các thông báo này. Ping là một lệnh phổ biến và thường được sử dụng để kiểm tra kết nối .
Bạn có thể thực hiện lệnh Ping đến một địa chỉ IP hay tên miền cụ thể nào đó như sau :

Vào Start -> Run -> Gõ lệnh cmd ( với Window xp, 2K ), lệnh command ( với Window 9x ) -> Xuất hiện cửa sổ MS-DOS -> sau đó bạn gõ lệnh C:\>Ping 10.0.0.2.
Nếu màn hình xuất hiện như dưới :
Pinging 10.0.0.2 with 32 bytes of data:

Reply from 10.0.0.2: bytes=32 time<1ms TTL=64
Reply from 10.0.0.2: bytes=32 time<1ms TTL=64
Reply from 10.0.0.2: bytes=32 time<1ms TTL=64
Reply from 10.0.0.2:

Như vậy là lệnh Ping thành công và kết nối từ PC của tôi đến 10.0.0.2 là OK

Khi Ping tên miền bạn làm tương tự , ví dụ :

C:\>ping ciscobachkhoa.com

Pinging ciscobachkhoa.com [67.19.193.26] with 32 bytes of data:

Reply from 67.19.193.26: bytes=32 time=372ms TTL=45
Reply from 67.19.193.26: bytes=32 time=391ms TTL=45
Reply from 67.19.193.26: bytes=32 time=421ms TTL=45
Reply from 67.19.193.26: bytes=32 time=407ms TTL=46

Ping statistics for 67.19.193.26:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 372ms, Maximum = 421ms, Average = 397ms

Như vậy là kết nối thành công .
Với một lệnh Ping không thành công :

C:\>Ping 10.0.0.3
Pinging 10.0.0.4 with 32 bytes of data:
Request timed out.
Request timed out.
Request timed out.
Request timed out.

Ping statistics for 10.0.0.4:
Packets: Sent = 4, Received = 0, Lost = 4 (100% loss)

Với kết quả đó thì kết nối không thành công.

Các bạn có thể thử Ping default Gateway, DNS server của các bạn để kiểm tra mỗi khi không kết nối được ra mạng ngoài .

_ Những nguyên tắc của ICMP:
+ ICMP sử dụng IP để làm cơ sở thông tin liên lạc bằng cách giải thích chính nó như là một lớp giao thức cao hơn, điều hướng thông điệp ICMP được đóng gói trong các gói tin IP.

+ ICMP nhận ra một số tình trạng lỗi, nhưng không làm IP trở thành một giao thức đáng tin cậy.

+ ICMP phân tích sai sót trong mỗi gói IP, trừ các đối tượng mà mang một thông điệp ICMP.

+ Thông điệp ICMP không được gửi để trả lời các gói tin gởi tới các điểm đến mà có các địa chỉ multicast hoặc broadcast.

+ Thông điệp ICMP chỉ trả lời một địa chỉ IP định rõ.

_ Các vấn đề an toàn máy tính :

Control Internet Message Protocol có thể được sử dụng cho một tấn công từ chối dịch vụ (DoS) hoặc tấn công từ chối dịch vụ phân tán (DDoS) vào một thiết bị. Ngoài ra, một thiết bị có thể bị lạm dụng bởi một kẻ tấn công như một phần của một cuộc tấn công DDoS tới một thiết bị thứ ba. Các phương pháp tấn công điển hình là tấn công Smurf, tấn công Flooding hoặc Ping of Death. Một cách khác để lợi dụng giao thức ICMP là việc sử dụng nó để truyền dữ liệu trái phép bằng phương pháp kết nối đường hầm ICMP.

Khái niệm
-ICMP cho phép bộ định tuyến gửi thông báo lỗi và thông báo điều khiển đến các bộ định tuyến khác hoặc máy khác
-ICMP cung cấp thông tin liên lạc giữa phần mềm Internet Protocol trên 1 máy này và 1 máy khác

Các thông điệp ICMP quan trọng
- Thông điệp Ping ICMP
+ Sử dụng 2 thông điệp chính là: ICMP echo request và ICMP echo reply.
+ 3 loại thông điệp Ping ICMP:
Reply from 192.168.1.100   t<1ms, TTL=253
--> Đây là thông điệp thành công
Request timed out
--> Đây là thông điệp không thành công. PC gửi gói tin đi nhưng bị mất trên đường đi nên không có ai hồi đáp
Reply from 192.168.1.100: Destination host
--> Đây là thông điệp không thành công, gói tin đi qua Router của 1 host có địa chỉ 192.168.1.100 thì Router khoong biết đường đến đích của PC nuữa. Khi đó Router trả thông điệp về PC đã gửi

- Ngoài ra còn có các thông điệp:
+ Làm nguội nguồn phát (Source Quench)
+ Yêu cầu thay đổi định tuyến từ bộ định tuyến
+ Nhận biết vòng kín hoặc định tuyến quá dài
+ Báo lỗi có vấn đề tham số của Datagram
+ Đồng bọ đồng hồ, ước lượng thời gian
+ Tìm mặt nạ mạng con
+ Tìm ra bộ định tuyến
+ Yêu cầu bộ định tuyến cấp thông tin tức thì

****Các loại thông điệp ICMP quan trọng nhất:

*Destination Unreachable

-->Thông báo cho máy nguồn là có một vấn đề trong phân phối gói tin

*Time Exceed

-->Thời gian để chuyển một gói tin là quá lớn. Gói tin bị loại bỏ.

*Source Quench

-->Máy nguồn đang gửi dữ liệu ở mức nhanh hơn mà máy đích có thể xử lý. Thông điệp này yêu cầu máy gửi gửi chậm lại.

*Redirect

-->Được dùng bởi một router thông báo cho một host dùng một địa chỉ router khác tốt hơn cho những lần gửi khác sắp tới.

*Echo

-->Được dùng bởi lệnh ping để kiểm tra kết nối.

*Address/mask request/reply

-->Được dùng để học và để truy vấn địa chỉ IP/ mask được dùng.

*Router Advertisement and Selection

-->Được dùng để cho phép các host học địa chỉ IP của các router gắn vào subnet.

@Mỗi thông điệp ICMP chứa một trường Type và trường Code. Trường type để chỉ ra loại thông điệp trong bảng trên. Trường code ngầm định một loại kiểu con. Ví dụ, nhiều người hay mô tả lệnh ping như là ICMP Echo request và ICMP Echo reply nhưng trong thực tế, hai loại thông điệp trên có cùng kiểu Echo nhưng khác Code (request và reply).

ICMP lý thuyết và ứng dụng

Giao thức IP hoạt động tại lớp Network được sử dụng bởi IP cho nhiều dịch vụ khác nhau. Bản tin ICMP được mang trực tiếp trong gói tin IP với trường Protocol Number bằng 1.

Có rất nhiều trường hợp khiến cho gói tin IP bị loại bỏ: Đường truyền có sự cố, trường Time-to-Live hết hạn, không phân mảnh được gói tin kích thước lớn hơn MTU cho phép....Khi một gói tin cần loại bỏ, bản tin ICMP được sử dụng để thông báo về địa chỉ gửi gói tin. Tuy nhiên, không phi trường hợp nào ICMP cũng cần phải báo lỗi. Sau đây là một số trường hợp mà khi xảy ra sự cố, ICMP không cần báo lỗi:

- Định tuyến hay chuyển giao gói tin ICMP.
- Phát quang bá hay phát theo nhóm gói tin IP.
- Các phân đoạn gói tin khác với phân đoạn đầu tiên.
- Bản tin có địa chỉ nguồn không xác định một host duy nhất (ví dụ: 127.0.0.1, 0.0.0.0).

Định dạng của bản tin ICMP như sau :

Bản tin ICMP được mang trong phần dữ liệu của gói tin IP. Mặcdù mỗi bản tin ICMP có dạng riêng của nó, nhưng chúng đều bắt đầu với ba trường sau:

TYPE (8bit): là một số nguyên 8bit để xác định thông điệp.
CODE (8bit):cung cấp thêm thông tin về kiểu thông điệp.
CHECKSUM(16bit) : ICMP sử dụng thuật gii checksum như IP, nhưng ICMP checksum chỉ tính đến thông điệp ICMP.

Hơn nữa, các thông điệp ICMP thông báo lỗi luôn luôn bao gồm phần đầu và 64bit đầu tiên của packet gây nên lỗi. Lý do có thêm phần đầu này cùng với phần đầu packet là để cho phép nơi nhận xác định chính xác hơn những giao thức nào và chương trình ứng dụng có trách nhiệm đối với packet.

Trường TYPE của ICMP xác định ý nghĩa của thông điệp cũng như định dạng của nó.Các kiểu bao gồm:
- 0: Echo reply
- 3: Destination unreachable
- 4: Source quench
- 5: Redirect
- 8: Echo
- 9: Router advertisement
- 10: Router solicitation
- 11: Time exceeded
- 12: Parameter problem
- 13: Timestamp request
- 14: Timestamp reply
- 15: Information request (obsolete)
- 16: Information reply (obsolete)
- 17: Address mask request
- 18: Address mask reply
- 30: Traceroute
- 31: Datagram conversion error
- 32: Mobile host redirect
- 33: Ipv6 Where-Are-You
- 34: Ipv6 I-Am-Here
- 35: Mobile registration request
- 36: Mobile registration reply
- 37: Domain name request
- 38: Domain name reply
- 39: SKIP
- 40: Photuris.

Thuật ngữ ICMP được viết tắt bởi Internetwork Control Message Protocol là một giao thức hoạt động trên layer 2 - Internetwork trong mô hình TCP/IP hoặc layer 3 - Network trong mô hình OSI cho phép kiểm tra và xác định lỗi của Layer 3 Internetwork trong mô hình TCP/IP bằng cách định nghĩa ra các loại thông điệp có thể sử dụng để xác định xem mạng hiện tại có thể truyền được gói tin hay không. Trong thực tế, ICMP cần các thành phần của mọi gói tin IP để có thể hoạt động được.
- Thỉnh thoảng một gateway hoặc một máy đích sẽ liên lạc với máy nguồn để đưa ra những thông điệp lỗi về tiến trình xử lý các gói tin. Đó là mục đích chính của giao thức này. ICMP sử dụng với một mục đích đơn giản là hỗ trợ cho sự hoạt động của giao thức IP.
- Trong khi truyền các gói tin Ping, cũng được biết đến như các gói tin ICMP echo requests, và ICMP echo replies. ICMP bao gồm rất nhiều các loại thông điệp khác nhau cho những mục đích đa dạng khác nhau.
- Mỗi thông điệp của ICMP có chứa một trường Type và một trường Code. Trường Type là trường biểu diễn các loại thông điệp, còn trường Code chứa các thông điệp con (subtype). Cho ví dụ, có nhiều người cho rằng có hai loại thông điệp được đưa ra khi sử dụng câu lệnh Ping như: ICMP Echo Request và ICMP echo Reply, nhưng thực tế, hai loại thông điệp đó thuộc cùng một loại thông điệp là Echo và khác Code (Request và Reply).

Xây dựng chức năng  nhận gói tin và xử lý:
-Để nhận gói tin từ các máy khác gửi vể ta dùng phương thức ReceiveFrom của lớp Socket. Dữ liệu nhận về là một gói tin IP, vì vậy ta phải tách ra để lấy gói tin ICMP. Raw Socket không tự động định dạng ICMP cho chúng ta.
Ta định nghĩa lớp ICMP như sau:
class ICMP
{
public byte Type;
public byte Code;
public UInt16 Checksum;
public int Messagesize;
public byte[] Message = new byte[1024];
public ICMP()
{ }
}
Ta tạo ra một gói tin ICMP với Type = 8, Code = 0 để tiến hành gửi.
ICMP packet = new ICMP();
packet.Type = 0x08; packet.Code = 0x00;
packet.Checksum = 0;
Để lấy lại gói tin ICMP từ gói IP nhận được ta có phương thức:
public ICMP(byte[] data, int size)
{
Type = data[20];
Code = data[21];
Checksum = BitConverter.ToUInt16(data, 22);
Messagesize = size - 24;
Buffer.BlockCopy(data, 24, Message, 0, Messagesize);
}
Vì gói tin ICMP bắt đầu từ byte thứ 20 trong gói tin IP nên ta sẽ lấy dữ liệu bắt đầu từ vị trí byte thứ 20.
•Byte thứ 20 chứa thông tin về Type
•Byte thứ 21 chứa thông tin về Code
•Byte thứ 22 và 23 chứa thông tin về Checksum
•Dữ liệu bắt đầu từ byte thứ 24
Sau khi nhận gói tin ta tiến hành phân tích gói tin ICMP theo các thông điệp điểu khiển:
•Type
•Code
•Indentifier
•Sequence
Tùy theo các thông điệp đó mà ta biết được gói tin có được phàn hồi lại hay không.