7.1 引言
“ping”这个名字源于声纳定位操作。Ping程序由Mike Muuss编写，目的是为了测试另一台主机是否可达。该程序发送一份ICMP回显请求报文给主机，并等待返回ICMP回显应答（图6-3列出了所有的ICMP报文类型）。
一般来说，如果不能Ping到某台主机，那么就不能Te lnet或者FTP到那台主机。反过来，如果不能Te lnet到某台主机，那么通常可以用Ping程序来确定问题出在哪里。Ping程序还能测出到这台主机的往返时间，以表明该主机离我们有“多远”。
在本章中，我们将使用Ping程序作为诊断工具来深入剖析ICMP。Ping还给我们提供了检测IP记录路由和时间戳选项的机会。文献[Stevens 1990]的第11章提供了Ping程序的源代码。
几年前我们还可以作出这样没有限定的断言，如果不能Ping到某台主机，那么就不能Te lnet或FTP到那台主机。随着Internet安全意识的增强，出现了提供访问控制清单的路由器和防火墙，那么像这样没有限定的断言就不再成立了。一台主机的可达性可能不只取决于IP层是否可达，还取决于使用何种协议以及端口号。Ping程序的运行结果可能显示某台主机不可达，但我们可以用Te lnet远程登录到该台主机的25号端口（邮件服务器）。
7.2 Ping程序
我们称发送回显请求的ping程序为客户，而称被ping的主机为服务器。大多数的TCP/IP实现都在内核中直接支持Ping服务器—这种服务器不是一个用户进程（在第6章中描述的两种ICMP查询服务，地址掩码和时间戳请求，也都是直接在内核中进行处理的）。
ICMP回显请求和回显应答报文如图7-1所示。
图7-1ICMP回显请求和回显应答报文格式
对于其他类型的ICMP查询报文，服务器必须响应标识符和序列号字段。另外，客户发送的选项数据必须回显，假设客户对这些信息都会感兴趣。
Unix系统在实现ping程序时是把ICMP报文中的标识符字段置成发送进程的ID号。这样即使在同一台主机上同时运行了多个ping程序实例，ping程序也可以识别出返回的信息。
序列号从0开始，每发送一次新的回显请求就加1。ping程序打印出返回的每个分组的序列号，允许我们查看是否有分组丢失、失序或重复。IP是一种最好的数据报传递服务，因此这三个条件都有可能发生。
旧版本的ping程序曾经以这种模式运行，即每秒发送一个回显请求，并打印出返回的每个回显应答。但是，新版本的实现需要加上-s选项才能以这种模式运行。默认情况下，新版本的ping程序只发送一个回显请求。如果收到回显应答，则输出“host is alive”；否则，在20秒内没有收到应答就输出“no answer（没有回答）”。
7.3 IP记录路由选项
ping程序为我们提供了查看IP记录路由（RR）选项的机会。大多数不同版本的ping程序都提供-R选项，以提供记录路由的功能。它使得ping程序在发送出去的IP数据报中设置IPRR选项（该IP数据报包含ICMP回显请求报文）。这样，每个处理该数据报的路由器都把它的IP地址放入选项字段中。当数据报到达目的端时，IP地址清单应该复制到ICMP回显应答中，这样返回途中所经过的路由器地址也被加入清单中。当ping程序收到回显应答时，它就打印出这份IP地址清单。
这个过程听起来简单，但存在一些缺陷。源端主机生成RR选项，中间路由器对RR选项的处理，以及把ICMP回显请求中的RR清单复制到ICMP回显应答中，所有这些都是选项功能。幸运的是，现在的大多数系统都支持这些选项功能，只是有一些系统不把ICMP请求中的IP清单复制到ICMP应答中。
但是，最大的问题是IP首部中只有有限的空间来存放IP地址。我们从图3-1可以看到，IP首部中的首部长度字段只有4bit，因此整个IP首部最长只能包括15个32 bit长的字（即60个字节）。由于IP首部固定长度为20字节，RR选项用去3个字节（下面我们再讨论），这样只剩下37个字节（60-20-3）来存放IP地址清单，也就是说只能存放9个IP地址。对于早期的ARPA NET来说，9个IP地址似乎是很多了，但是现在看来是非常有限的（在第8章中，我们将用Traceroute工具来确定数据报的路由）。除了这些缺点，记录路由选项工作得很好，为详细查看如何处理IP选项提供了一个机会。
IP数据报中的RR选项的一般格式如图7-3所示。
图7-3 IP首部中的记录路由选项的一般格式
code是一个字节，指明IP选项的类型。对于RR选项来说，它的值为7。len是RR选项总字节长度，在这种情况下为39（尽管可以为RR选项设置比最大长度小的长度，但是ping程序总是提供39字节的选项字段，最多可以记录9个IP地址。由于IP首部中留给选项的空间有限，它一般情况都设置成最大长度）。
ptr称作指针字段。它是一个基于1的指针，指向存放下一个IP地址的位置。它的最小值为4，指向存放第一个IP地址的位置。随着每个IP地址存入清单，ptr的值分别为8，12，16，最大到36。当记录下9个IP地址后，ptr的值为40，表示清单已满。
当路由器（根据定义应该是多穴的）在清单中记录IP地址时，它应该记录哪个地址呢？是入口地址还是出口地址？为此，RFC 791[Postel 1981a]指定路由器记录出口IP地址。我们在后面将看到，当原始主机（运行ping程序的主机）收到带有RR选项的ICMP回显应答时，它也要把它的入口IP地址放入清单中。
7.4 IP时间戳选项
IP时间戳选项与记录路由选项类似。IP时间戳选项的格式如图7-7所示（请与图7-3进行比较）。
图7-7 IP首部中时间戳选项的一般格式
时间戳选项的代码为0x44。其他两个字段len和ptr与记录路由选项相同：选项的总长度（一般为36或40）和指向下一个可用空间的指针（5，9，13等）。
接下来的两个字段是4bit的值：OF表示溢出字段，FL表示标志字段。时间戳选项的操作根据标志字段来进行，如图7-8所示。
图7-8 时间戳选项不同标志字段值的意义
如果路由器由于没有空间而不能增加时间戳选项，那么它将增加溢出字段的值。
时间戳的取值一般为自UTC午夜开始计的毫秒数，与ICMP时间戳请求和应答相类似。如果路由器不使用这种格式，它就可以插入任何它使用的时间表示格式，但是必须打开时间戳中的高位以表明为非标准值。
与我们遇到的记录路由选项所受到的限制相比，时间戳选项遇到情况要更坏一些。如果我们要同时记录IP地址和时间戳（标志位为1），那么就可以同时存入其中的四对值。只记录时间戳是没有用处的，因为我们没有标明时间戳与路由器之间的对应关系（除非有一个永远不变的拓扑结构）。标志值取3会更好一些，因为我们可以插入时间戳的路由器。一个更为基本的问题是，很可能无法控制任何给定路由器上时间戳的正确性。这使得试图用IP选项来计算路由器之间的跳站数是徒劳的。我们将看到（第8章）traceroute程序可以提供一种更好的方法来计算路由器之间的跳站数。
7.5 小结
ping程序是对两个TCP/IP系统连通性进行测试的基本工具。它只利用ICMP回显请求和回显应答报文，而不用经过传输层（TCP/UDP）。Ping服务器一般在内核中实现ICMP的功能。
我们分析了在LAN、WAN以及SLIP链路（拨号和线路）上运行ping程序的输出结果，并对串行线路上的SLIP链路吞吐量进行了计算。我们还讨论并使用了ping程序的IP记录路由选项。利用该IP选项，可以看到它是如何频繁使用默认路由的。在第9章我们将再次回到这个讨论主题。另外，还讨论了IP时间戳选项，但它在实际使用时有所限制。
