图解 | 9分钟看懂traceroute（路由追踪）的原理与实现

关于阿龙

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大家好，我是网络工程师阿龙，一个喜欢专研网络技术的攻城狮。

今天想与大家分享一下关于traceroute的原理，希望小白看完我的文章后，能有所收获。

关于traceroute这个程序，相信很多已经工作的网工处理故障的时候，经常会用到（谁敢说，ta一次都没用过，我就把路由器吃了）

细心的同学会发现，在window系统时，使用的是tracert，而在一些网络设备Unix系统使用的traceroute，别看命令不一样，其实他们的实现过程中使用的报文也是所区别的，但大致原理都差不多，有点换汤不换药的意思。

因为traceroute主要使用的ICMP报文，所以在介绍traceroute原理之前，请允许我带大家一起回顾洗ICMP报文格式吧！龙哥，这个人没事就喜欢研究报文格式，没研究报文，我就会感觉学得很虚，似懂非懂，只有看一下报文，心里才能踏实一些。也希望能带大家一起脚踏实地，实打实地掌握技术。

（目录）

一、报文介绍

ICMP报文

关于ICMP协议，本期就不在这里具体介绍，这里只是简单回顾一下报文类型。ICMP报文大致3大类，当然也可以分为2类：查询报文和 差错报文。（也就说，一个ICMP报文，要么是查询报文，要么就是差错报文。）

ICMP分3大类

ICMP报文类型

ICMP 报文由首部和数据组成。首部为定长 8字节（前4字节是通用部分，后4字节随类型不一样有所差异。）ICMP报文的一般格式如图所示：

tracert会用到的报文如下:

超时差错控制报文（type 11 code 0或1）

请求回显报文（type 8 code 0）

回显应答报文（type 0 code 0）

端口不可达报文（type 3  code 3）

UDP报文格式

tracert原理除了会涉及上述报文，还涉及到一个机制，就是IP报文首部的TTL字段：

TTL是 Time To Live的缩写，该字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。TTL是IPv4报头的一个8 bit字段。TTL的作用是限制IP数据包在计算机网络中的存在的时间。TTL的最大值是255，TTL的一个推荐值是64。

二、原理图解

traceroute的实现原理，有两种方法：1、基于UDP报文实现的；2、基于ICMP报文实现。接下来分别与大家介绍一下这2种方法是如何实现的？

基于UDP报文实现

基于UDP报文的traceroute是这样实现的：让你在客户端输入 traceroute 命令+ip时， 客户端就发起一个UDP报文，使用一个大于30000的端口号（选这么端口号，目的端一般都是未使用，所以待会就收到一个端口不可达信息。）这样子，服务器端收到这个UDP报文后就会返回ICMP端口不可达的错误信息。同时，第一个数据包，TTL=1，这样第一跳路由器收到后,要转发出去时，会将TTL减一，即TTL=0, 就丢弃，然后第一跳路由器就返回一个ICMP超时的错误信息，所以，客户端通过判断收到ICMP端口不可达报文来确定数据包已到达目的地，如果是收到ICMP超时错误信息报文，说明还没到达目的地，就会将TTL加1，以此类推。

下面，龙哥将通过动态图给大家演示，traceroute基于UDP的实现原理：希望大家看完能更加直观地掌握。

1

1、客户端发送第一个端口大于30000，TTL=1的UDP数据报文，第1跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=0，就丢弃该数据包，并向客户端返回TTL超时的ICMP报文。

客户端收到，TTL超时ICMP报文，从报文里面的源地址，得到第1跳地址：10.10.10.10

2

2、由于客户端发现还没收到 端口不可达的ICMP报文，于是继续尝试发送，端口号比上次发送的进行加1，TTL也进行加1。第1跳路由器收到后，根据目的地址进行转发，转发出去时，TTL减1，减完后TTL=1。第2跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=0，就丢弃该数据包，并向客户端返回TTL超时的ICMP报文。

客户端收到，TTL超时ICMP报文，从报文里面的源地址，得到第2跳地址：20.20.20.20

3

3、由于客户端仍然还没收到 端口不可达的ICMP报文，于是继续尝试发送，端口号比上次发送的进行加1，TTL也进行加1。第1跳路由器收到后，根据目的地址进行转发，转发出去时，TTL减1，减完后TTL=2。第2跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=1， TTL不是0，路由器就继续转发。数据包终于到达服务器啦！服务器查看目的地址，就是找我的，于是继续解封装，查看UDP报文的数据部分，发现端口号不可达，于是向客户端发送一个 端口不可达的ICMP报文。

客户端收到，端口不可达的ICMP报文，确认UDP数据包已成功到达服务器了，traceroute结束，并记录源IP地址：192.168.2.1

基于ICMP报文实现

这一次，我们不再使用UDP报文了，而是使用ICMP的 回显请求和回显应答 这两种报文。原理跟 前面介绍UDP差不多，换汤不换药。

基于ICMP报文的traceroute是这样实现的：让你在客户端输入 traceroute 命令+ip时， 客户端就发起一个ICMP回显请求报文，第一个数据包，TTL=1，这样第一跳路由器收到后,要转发出去时，会将TTL减一，即TTL=0, 就丢弃，然后第一跳路由器就返回一个ICMP超时的错误信息，客户端收到后，会判断是否收到ICMP 回显应答 报文？  如果还没收到，就会继续发送 回显请求报文，TTL加1进行尝试，当到底服务器后，服务器就会发送 ICMP 回显应答报文。

1

1、客户端发送第一个TTL=1的ICMP 回显请求报文，第1跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=0，就丢弃该数据包，并向客户端返回TTL超时的ICMP报文。

客户端收到，TTL超时ICMP报文，从报文里面的源地址，得到第1跳地址：10.10.10.10

2

2、由于客户端发现还没收到 回显应答 的ICMP报文，于是继续尝试发送，TTL进行加1。第1跳路由器收到后，根据目的地址进行转发，转发出去时，TTL减1，减完后TTL=1。第2跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=0，就丢弃该数据包，并向客户端返回TTL超时的ICMP报文。

客户端收到，TTL超时ICMP报文，从报文里面的源地址，得到第2跳地址：20.20.20.20

3

3、由于客户端仍然还没收到 回显应答 的ICMP报文，于是继续尝试发送，TTL进行加1。第1跳路由器收到后，根据目的地址进行转发，转发出去时，TTL减1，减完后TTL=2。第2跳路由器收到后，查看目的地址进行转发，转发前会将TTL会减1，减完后TTL=1， TTL不是0，路由器就继续转发。数据包终于到达服务器啦！服务器查看目的地址，就是找我的，于是继续解封装，查看IP数据部分（ICMP），发现是回显请求的ICMP报文，于是向客户端发送一个 回显应答的ICMP报文。

客户端收到，回显应答的ICMP报文，确认UDP数据包已成功到达服务器了，traceroute结束，并记录源IP地址：192.168.2.1

三、实验演示

拓扑图

配置步骤

配置很简单，这里不再列出。

1、配置直连接口IP地址、设备名。

2、把路由打通，我随便配了OSPF路由协议，全网可达就行。

抓包测试

1、PC1 tracert PC 2，然后再每个进方向的接口处抓包：

1

R1处抓包：TTL=1 , ICMP请求报文。

PC1收到TTL 超时报文：

实现中，traceroute每次会发3个同样的数据包，这里只列举一个。

2

R1处抓包：TTL=2, ICMP请求报文。

R2处抓包：TTL=1, ICMP请求报文。

PC收到的TTL 超时报文：

3

中间的多跳路由器，收到的ICMP 回显请求报文，这里不在列举。这列举一下，PC1收到的回显应答报文：

2、在路由器上R1 tracert PC 2，然后再每个进方向的接口处抓包：

1

发送UDP报文，TTL=1 ，端口号 33434

收到TTL超时报文，并且会把刚刚请求报文的头部信息放在数据部分：

2

每一次会发3个同样的UDP报文，TTL一样，端口会再上一个基础上加1：:

发送UDP报文，TTL=2，端口号 334347

第2跳路由器收到的UDP报文：TTL=1，端口号 334347

PC收到的TTL 超时报文：

3

中间的多跳路由器，收到的很多UDP报文，这里不在列举。这列举一下，PC1收到的端口不可达报文：

总结一下

基于UDP实现：使用UDP报文、TTL超时报文、端口不可达报文。

基于ICMP实现：使用ICMP回显请求报文、TTL超时报文、回显应答报文。

基于UDP实现：一般是Unix系统，网络设备。

基于ICMP实现：一般是window系统，终端设备。

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