Δίκτυα Υπολογιστών Ενότητα 7: Internet Control Message Protocol - ICMP

Transcript

1 Δίκτυα Υπολογιστών Ενότητα 7: Internet Control Message Protocol - ICMP Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Internet Control Message Protocol - ICMP

5 Σκοποί ενότητας Σε αυτή την ενότητα ασχολούμαστε με το πρωτόκολλο ICMP. 5

6 Περιεχόμενα ενότητας (1/4) Εισαγωγή. Χρόνος ζωής ενός πακέτου. Ping. Δομή του πρωτοκόλλου ICMP. Η δομή του πακέτου ICMP. Το πρωτόκολλο ICMP. 6

7 Περιεχόμενα ενότητας (2/4) ICMP και Ping. Η γραμμή εντολών μετά την εισαγωγή της εντολής ping. ICMP και Ping Συνέχεια. Το ICMP μήνυμα ερώτησης. Το ICMP μήνυμα απάντησης. ICMP και Traceroute. 7

8 Περιεχόμενα ενότητας (3/4) Η γραμμή εντολών μετά την εκτέλεση της εντολής tracert. Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους. Το ICMP πακέτο αντήχησης. Εξετάζοντας τα τρία πακέτα ICMP. Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου. 8

9 Περιεχόμενα ενότητας (4/4) Η εκτέλεση της εντολής tracert για το Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το Η εκτέλεση της εντολής tracert για το Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το 9

10 Εισαγωγή (1/4) Tο πρωτόκολλο Internet Control Message Protocol ICM έχει τυποποιηθεί στα έγγραφα RFC 792 και RFC Η έκδοση του πρωτοκόλλου που χρησιμοποιείται πιο συχνά είναι η έκδοση 4. Ονομάζεται και ICMPv4 και αποτελεί μέρος του IPv4. 10

11 Εισαγωγή (2/4) Το IPv6 διαθέτει ένα αντίστοιχο πρωτόκολλο το οποίο ονομάζεται ICMPv6. Τα μηνύματα ICMP κατασκευάζονται στο επίπεδο δικτύου και αποτελούν κανονικά πακέτα Internet Protocol (IP). Όπως και το πρωτόκολλο User Datagram Protocol (UDP), το ICMP δεν εγγυάται ότι το πακέτο θα φτάσει αξιόπιστα στον προορισμό του. 11

12 Εισαγωγή (3/4) Μερικές από τις πιο συνηθισμένες δικτυακές εφαρμογές χρησιμοποιούν πακέτα ICMP. Όπως για παράδειγμα η εντολή traceroute. Η εντολή αυτή χρησιμοποιείται για την εύρεση όλων των κόμβων ενός δικτύου από τους οποίους πρέπει να περάσει ένα πακέτο για να φτάσει στον τελικό προορισμό του. 12

13 Εισαγωγή (4/4) Αυτό που κάνει ουσιαστικά είναι να στέλνει πακέτα UDP με συγκεκριμένο χρόνο ζωής (TTL - Time To Live) και να περιμένει πακέτα ICMP που να περιέχουν μήνυμα σφάλματος "ο χρόνος ζωής τελείωσε" (Time To Live exceeded in transit) ή "ο προορισμός δεν βρέθηκε" (Destination unreachable). 13

14 Χρόνος ζωής ενός πακέτου (1/2) Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθεί ότι ο χρόνος ζωής (TTL - Time To Live) ενός πακέτου είναι ο μέγιστος αριθμός των κόμβων του δικτύου από τους οποίους θα πρέπει να περάσει έως ότου φτάσει στον προορισμό του. 14

15 Χρόνος ζωής ενός πακέτου (2/2) Εάν ένα πακέτο κατά την πορεία του στο δίκτυο περάσει από περισσότερους κόμβους απ' ότι αναγράφεται στο πεδίο TTL. Τότε το πακέτο αυτομάτως απορρίπτεται και ο υπολογιστής ο οποίος διαπίστωσε το σφάλμα στέλνει ένα ICMP μήνυμα σφάλματος στον υπολογιστή που δημιούργησε το πακέτο. 15

16 Ping Η εντολή ping χρησιμοποιεί επίσης το πρωτόκολλο ICMP για την λειτουργία της και συγκεκριμένα τα ICMP μηνύματα "Echo request" και "Echo reply". 16

17 Δομή του πρωτοκόλλου ICMP Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται η κεφαλίδα (header) ενός πακέτου ICMP. Με κίτρινο χρώμα απεικονίζεται η κεφαλίδα που προκύπτει από το πρωτόκολλο IP και με πράσινο χρώμα η κεφαλίδα που προκύπτει από το πρωτόκολλο ICMP. Ακολουθεί επεξήγηση των πεδίων της ICMP κεφαλίδας. 17

18 Η δομή του πακέτου ICMP (1/5) Σχήμα 1. Η δομή του πακέτου ICMP, πηγή: προσπελάστηκε 23/3/

19 Η δομή του πακέτου ICMP (2/5) Type. Ο κωδικός του τύπου μηνύματος ICMP, όπως αναφέρθηκε παραπάνω. 19

20 Η δομή του πακέτου ICMP (3/5) Code. Το πεδίο αυτό χρησιμοποιείται ως επέκταση του προηγούμενου. Για παράδειγμα εάν το πεδίο Type περιέχει την τιμή 3 (Destination Unreachable). Τότε το πεδίο αυτό μπορεί να περιέχει έναν κωδικό από το 1 έως το 15 που να δίνει τον λόγο για τον οποίο ο υπολογιστής που ψάχνουμε είναι εκτός δικτύου. 20

21 Η δομή του πακέτου ICMP (4/5) Checksum. Το πεδίο αυτό χρησιμοποιείται για τον έλεγχο σφαλμάτων κατά την μετάδοση του πακέτου. Identification (ID). Η τιμή ID του πακέτου. Επιστρέφεται στον υπολογιστή που δημιούργησε το πακέτο στην περίπτωση που έχουμε απάντηση ECHO REPLY. 21

22 Η δομή του πακέτου ICMP (5/5) Sequence. Αυτό το πεδίο περιέχει την τιμή σειράς του πακέτου και επιστρέφεται στον υπολογιστή που δημιούργησε το πακέτο στην περίπτωση που έχουμε απάντηση ECHO REPLY. 22

23 Το πρωτόκολλο ICMP (1/2) Σε αυτό το πείραμα ερευνώνται οι διαφορετικές διαστάσεις του πρωτόκολλου ICMP: ICMP μηνύματα που δημιουργούνται από το πρόγραμμα Ping. ICMP μηνύματα που δημιουργούνται από το πρόγραμμα Traceroute. Μορφή και περιεχόμενα ενός ICMP μηνύματος. 23

24 Το πρωτόκολλο ICMP (2/2) Το συγκεκριμένο πείραμα πραγματοποιείται σε περιβάλλον Windows. Μπορεί όμως να πραγματοποιηθεί και σε περιβάλλον Linux ή Unix. 24

25 ICMP και Ping (1/6) Το πείραμα ξεκινάει με τον εντοπισμό των ICMP πακέτων που στέλνονται κατά την διάρκεια του προγράμματος Ping. Υπενθυμίζεται σε αυτό το σημείο ότι το Ping είναι ένα απλό εργαλείο που χρησιμοποιείται για να διαπιστωθεί εάν ένας host είναι σε λειτουργία. 25

26 ICMP και Ping (2/6) Η διαδικασία που ακολουθεί το πρόγραμμα Ping είναι η εξής: Το Ping της πηγής στέλνει ένα πακέτο στην διεύθυνση ΙΡ του προορισμού. Το Ping του προορισμού ανταποκρίνεται στέλνοντας ένα πακέτο στην πηγή. Και τα δύο αυτά πακέτα που ανταλλάχθηκαν είναι ICMP πακέτα. 26

27 ICMP και Ping (3/6) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα: 1. Ανοίγει η Γραμμή Εντολών των Windows. 2. Ξεκινάει η καταγραφή πακέτων με το Wireshark. 3. Η εντολή ping είναι στο c:\windows\system32. Οπότε πληκτρολογείτε είτε ping n 10 hostname είτε c:\windows\system32\ping n 10 hostname. Ως όνομα κεντρικού υπολογιστή εισάγεται το όνομα ενός κεντρικού υπολογιστή από άλλη ήπειρο. 27

28 ICMP και Ping (4/6) Η εντολή ping είναι στο c:\windows\system32 (Συνέχεια): Στο πείραμα χρησιμοποιείται ο web server του πανεπιστημίου του Hong Kong εισάγοντας το Το όρισμα -n 10 υποδεικνύει ότι θα σταλούν συνολικά 10 ping πακέτα και θα ληφθούν 10 απαντήσεις. Εισάγεται η εντολή και enter. 28

29 ICMP και Ping (5/6) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα (Συνέχεια): 4. Όταν τερματίσει το πρόγραμμα Ping, σταματάει η σύλληψη πακέτων. 29

30 ICMP και Ping (6/6) Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζεται η γραμμή εντολών μετά το ping. Παρουσιάζοντας τόσο τα 10 πακέτα που ελήφθησαν, όσο και τους χρόνους που απαιτήθηκαν για κάθε απάντηση, αλλά και συνολικά. 30

31 Η γραμμή εντολών μετά την εισαγωγή της εντολής ping Σχήμα 2. Η γραμμή εντολών μετά την εισαγωγή της εντολής ping. 31

32 ICMP και Ping - Συνέχεια (1/2) Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται το παράθυρο του Wireshark μετά τη καταγραφή των πακέτων και αφού έχει εισαχθεί στο φίλτρο το icmp (χωρίς τα εισαγωγικά). Υπάρχουν 20 πακέτα συνολικά, 10 ping ερωτήματα και 10 ping απαντήσεις. Ενώ αυτό που τονίζεται είναι το πρώτο πακέτο που στάλθηκε, με τις πληροφορίες για το IP και το ICMP να φαίνονται εκτενώς στο παράθυρο με τις πληροφορίες του πακέτου. 32

33 ICMP και Ping - Συνέχεια (2/2) Αυτό που επίσης παρατηρείται είναι ότι το φορτίο του ΙΡ έχει αριθμό πρωτοκόλλου 01 που αντιστοιχεί στο ICMP. Άρα το φορτίο του ΙΡ είναι το ICMP πακέτο. 33

34 Το ICMP μήνυμα ερώτησης (1/5) Σχήμα 3. Το ICMP μήνυμα ερώτησης. 34

35 Το ICMP μήνυμα ερώτησης (2/5) Ξεκινώντας από την αρχή, με τις διευθύνσεις αποστολέα-παραλήπτη: Η ΙΡ διεύθυνση του αποστολέα είναι Αντιστοιχεί στον υπολογιστή όπου γίνεται το πείραμα Ο παραλήπτης έχει τη διεύθυνση Αντιστοιχεί στη διεύθυνση ΙΡ του πανεπιστημίου του Hong Kong. 35

36 Το ICMP μήνυμα ερώτησης (3/5) Οι θύρες πηγής και προορισμού από την άλλη δεν φαίνονται πουθενά. Αυτό συμβαίνει γιατί το ICMP πακέτο έχει σχεδιαστεί να επικοινωνεί σε επίπεδο δικτύου μεταξύ του υπολογιστή και του δρομολογητή και όχι μέσω εφαρμογών στο επίπεδο εφαρμογής. 36

37 Το ICMP μήνυμα ερώτησης (4/5) Η αναγνώριση κάθε πακέτου από την άλλη γίνεται μέσω του ζεύγους τιμών των πεδίων Type/Code. 37

38 Το ICMP μήνυμα ερώτησης (5/5) Εξετάζοντας προσεκτικότερα τα πεδία του ICMP πακέτου ερώτησης, διαπιστώνεται ότι. Το πεδίο type έχει την τιμή 8. Το πεδίο code number την τιμή 0. Τα πεδία checksum, identifier, sequence number καταλαμβάνουν 2 bytes έκαστο. Τα δεδομένα καταλαμβάνουν 32 bytes. 38

39 Το ICMP μήνυμα απάντησης (1/2) Επόμενο βήμα στο πείραμα είναι η εξέταση του ICMP πακέτου απάντησης. Κοιτώντας με προσοχή τα πεδία του ICMP. Διαπιστώνεται ότι το πεδίο type έχει την τιμή 0, ενώ στο μήνυμα ερώτησης ήταν 8. Από εκεί και πέρα, τα υπόλοιπα πεδία είναι τα ίδια με το ICMP μήνυμα ερώτησης. 39

40 Το ICMP μήνυμα απάντησης (2/2) Σχήμα 4. Το ICMP μήνυμα απάντησης. 40

41 ICMP και Traceroute (1/8) Στο δεύτερο μέρος του πειράματος εντοπίζονται τα πακέτα ICMP που ανταλλάσσονται κατά την διάρκεια λειτουργίας του προγράμματος Traceroute. Υπενθυμίζεται ότι το πρόγραμμα Traceroute χρησιμοποιείται για να εντοπιστεί η διαδρομή που ακολουθεί ένα πακέτο από την πηγή μέχρι τον προορισμό. 41

42 ICMP και Traceroute (2/8) Το Traceroute λειτουργεί διαφορετικά σε Windows από ότι σε Unix/Linux. Σε περιβάλλον Windows,όπου και πραγματοποιείται το πείραμα: Η πηγή στέλνει μία ακολουθία από ICMP πακέτα στον προορισμό. 42

43 ICMP και Traceroute (3/8) Το πρώτο πακέτο στέλνεται με Time To Live (TTL)=1, το δεύτερο με TTL=2, κ.ο.κ.. Υπενθυμίζεται ότι όταν το πακέτο θα περάσει από έναν δρομολογητή, τότε εκείνος θα μειώσει την τιμή του TTL κατά ένα. 43

44 ICMP και Traceroute (4/8) Όταν ένα πακέτο θα φτάσει στον δρομολογητή με TTL=1. Τότε ο δρομολογητής θα στείλει ένα ICMP πακέτο λάθους πίσω στην πηγή. Το πρόγραμμα που θα χρησιμοποιηθεί για το Traceroute στα Windows είναι το tracert. 44

45 ICMP και Traceroute (5/8) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα: 1. Ανοίγει η Γραμμή Εντολών των Windows. 2. Ξεκινάει η καταγραφή πακέτων με το Wireshark. 45

46 ICMP και Traceroute (6/8) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα (Συνέχεια): 3. Η εντολή tracert είναι στο c:\windows\system32. Οπότε πληκτρολογείτε είτε tracert hostname είτε c:\windows\system32\tracer hostname. Επιλέγετε για hostname τον κεντρικό υπολογιστή από την Γαλλία. Πιο συγκεκριμένα για hostname εισάγετε το ο οποίος είναι ο κεντρικός υπολογιστής ενός Ινστιτούτου Πληροφορικής στη Γαλλία. Συνεπώς, εισάγετε την εντολή tracert και πατάτε enter. 46

47 ICMP και Traceroute (7/8) Ακολουθούνται τα παρακάτω βήματα (Συνέχεια): 4. Όταν τερματίσει το πρόγραμμα Traceroute, σταματάει και η καταγραφή των πακέτων. 47

48 ICMP και Traceroute (8/8) Το Traceroute δείχνει τους χρόνους RTT για κάθε διερευνητικό πακέτο. Όπως και τις IP διευθύνσεις (και πιθανόν το όνομα) του δρομολογητή που επέστρεψε τα ICMP μηνύματα στα οποία η τιμή του TTL έπεσε κάτω από 1. Η διαδικασία έχει περιγραφεί παραπάνω. 48

49 Η γραμμή εντολών μετά την εκτέλεση της εντολής tracert Σχήμα 5. Η γραμμή εντολών μετά την εκτέλεση της εντολής tracert. 49

50 Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους (1/4) Σχήμα 6. Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους. 50

51 Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους (2/4) Στην παραπάνω εικόνα φαίνεται το παράθυρο του Wireshark για ένα ICMP πακέτο που επιστράφηκε από έναν δρομολογητή. Παρατηρείται ότι αυτό το ICMP πακέτο λάθους [Time-to-Live exceeded] περιέχει περισσότερα πεδία από ότι ένα Ping ICMP μήνυμα. 51

52 Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους (3/4) Τα παραπάνω πεδία περιέχουν την IP επικεφαλίδα και τα πρώτα 8 bytes από το αρχικό ICMP πακέτο. Για το οποίο στάλθηκε το μήνυμα λάθους. 52

53 Τα ICMP πεδία του πακέτου λάθους (4/4) Παρατηρώντας τα ICMP πακέτα εντοπίζονται οι διευθύνσεις IP: Του υπολογιστή όπου γίνεται το πείραμα. Με διεύθυνση Του υπολογιστή που επιλέγει στη Γαλλία. Με διεύθυνση

54 Το ICMP πακέτο αντήχησης (1/2) Στην παρακάτω εικόνα έχει επιλεγεί ένα ICMP πακέτο αντήχησης [Echo (ping) reply]. Στο οποίο διακρίνονται τα ίδια πεδία με τα πακέτα που εντοπίστηκαν στο πρώτο μισό του πειράματος. Με την βοήθεια της εντολής ping. 54

55 Το ICMP πακέτο αντήχησης (2/2) Σχήμα 7. Το ICMP πακέτο αντήχησης. 55

56 Εξετάζοντας τα τρία πακέτα ICMP Εξετάζοντας τα τελευταία τρία πακέτα ICMP που στάλθηκαν στον υπολογιστή από όπου έγιναν οι μετρήσεις του πειράματος: Διαπιστώνεται ότι η τιμή του πεδίου message type είναι 0 και όχι 11. Αυτό συνέβη γιατί τα τελευταία μηνύματα πρόλαβαν να φτάσουν στον προορισμό τους, προτού να λήξει ο χρόνος TTL. 56

57 Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου (1/5) Από την στιγμή που αναλύθηκε ο τρόπος λειτουργίας του προγράμματος Traceroute και τα ICMP πακέτα που δημιουργούνται: Θα πραγματοποιηθεί ένα ακόμα πείραμα. 57

58 Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου (2/5) Με βάση τα παραπάνω, θα αναδειχθούν τα πλεονεκτήματα χρήσης ενός δικτύου διανομής περιεχομένου. Μέσω της σύγκρισης των διαδρομών που ακολουθούνται για την μετάβαση σε δύο ιστοσελίδες. 58

59 Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου (3/5) Η μία είναι η ιστοσελίδα της Διαστημικής Υπηρεσίας των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής (NASA) και χρησιμοποιεί το content distribution network (CDN) της Akamai που αναλύθηκε σε προηγούμενο πείραμα. Η δεύτερη ιστοσελίδα είναι επίσης από τις ΗΠΑ, αποτελεί την κεντρική ιστοσελίδα του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης και φιλοξενείται στον server του ιδρύματος. 59

60 Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου (4/5) Σε πρώτη φάση πραγματοποιείται η εντολή tracert για την ιστοσελίδα και καταγράφονται τα ICMP μηνύματα που στέλνονται και λαμβάνονται. 60

61 Traceroute και δίκτυο διανομής περιεχομένου (5/5) Τα αποτελέσματα της εντολής φαίνονται στην παρακάτω εικόνα. Αυτό που γίνεται άμεσα αντιληπτό είναι ότι η ανάκτηση της συγκεκριμένης ιστοσελίδας δεν γίνεται από κάποιο διακομιστή στις ΗΠΑ. Αλλά από ένα τοπικό διακομιστή της Akamai, με τον οποίο επικοινώνησε άμεσα ο διακομιστής της Forthnet στην κεντρική Ελλάδα. Κάνοντας συνολικά 6 αναπηδήσεις μέχρι τον τελικό προορισμό. 61

62 Η εκτέλεση της εντολής tracert για το (1/2) Σχήμα 8. Η εκτέλεση της εντολής tracert για το 62

63 Η εκτέλεση της εντολής tracert για το (2/2) Παρατηρώντας τα ICMP μηνύματα που ανταλλάχθηκαν κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του προγράμματος Traceroute: Διαπιστώνεται ότι τα τελευταία μηνύματα έφτασαν στον προορισμό τους προτού να λήξει ο χρόνος TTL. 63

64 Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το Σχήμα 9. Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το 64

65 Η εκτέλεση της εντολής tracert για το (1/3) Η ίδια ακριβώς διαδικασία ακολουθείται και για την ιστοσελίδα Είναι εύκολο να διαπιστωθεί η μεγάλη διαφορά που υπάρχει μεταξύ των διαδρομών που ακολουθούνται προς τις δύο ιστοσελίδες. Τόσο από άποψη χρόνου όσο και από άποψη ενδιάμεσων σταθμών. Και να αντιληφθεί τα συγκριτικά πλεονεκτήματα της χρήσης ενός CBN δικτύου. 65

66 Η εκτέλεση της εντολής tracert για το (2/3) Παρόλο που και οι δύο ιστοσελίδες προέρχονται από τις ΗΠΑ: Η χρήση του CBN δικτύου από την NASA για την κεντρική της ιστοσελίδα, με την δημιουργία αντιγράφων (mirrors) σε διακομιστές σε όλο τον κόσμο, δίνει στους επισκέπτες ασύγκριτα καλύτερους χρόνους μετάβασης αλλά και αποφυγή συμφόρησης για το δίκτυό της. 66

67 Η εκτέλεση της εντολής tracert για το (3/3) Σχήμα 10. Η εκτέλεση της εντολής tracert για το 67

68 Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το Σχήμα 11. Τα ICMP μηνύματα από την εκτέλεση της tracert για το 68

69 Βιβλιογραφία 1. Δικτύωση Υπολογιστών», James Kurose_Keth W. Ross, Εκδόσεις Γκιούρδας Μ.. 2. Andrew Tanenbaum, «Δίκτυα Υπολογιστών», 5η Έκδοση προσπελάστηκε 23/3/

70 Τέλος Ενότητας