ICMP 协议概述
ICMP 经常被认为是 IP 层的一个组成部分，它传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP 报文通常被 IP 层或更高层协议（TCP 或 UDP）使用。ICMP 报文是在 IP 数据报内部传输的。IP 协议是不可靠协议，不能保证 IP 数据报能够成功的到达目的主机，无法进行差错控制，而 ICMP 协议能够协助 IP 协议完成这些功能。下面是 ICMP 报文的数据结构：
- 类型：一个 8 位类型字段，表示 ICMP 数据包类型；
- 代码：一个 8 位代码域，表示指定类型中的一个功能，如果一个类型中只有一种功能，代码域置为 0；
- 检验和：数据包中 ICMP 部分上的一个 16 位检验和；
ICMP 报文类型
ICMP 报文大致可分为两类：差错报文、查询报文。具体消息类型如下表所示：
ICMP 差错报文
当发送一份差错报文时，报文始终包含 IP 的首部和产生 ICMP 差错报文的 IP 数据报的前 8 位字节。这样，接收 ICMP 差错报文的模块就会把它与某个特定的协议（根据 IP 数据报首部中的协议字段来判断）和用户进程（根据包含在 IP 数据报前 8 个字节中的 TCP 或 UDP 报文首部中的 TCP 或 UDP 端口号来判断）联系起来。
下面各种情况不会导致产生 ICMP 差错报文：
- ICMP 报文差错（ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文）；
- 目的地址是广播地址或多播地址的 IP 数据报；
- 作为链路层广播的数据报；
- 不是 IP 分片的第一片；
- 源地址不是单个主机的数据报，也就是说，源地址不可能是零地址、环回地址、广播地址或多播地址；
以下针对 ICMP 差错报文的类型进行分析：
- ICMP 目标不可达消息：IP 路由器无法将 IP 数据报发送给目的地址时，会给发送端主机返回一个目标不可达 ICMP 消息，并在这个消息中显示不可达的具体原因。
- ICMP 重定向消息：如果路由器发现发送端主机使用次优的路径发送数据时，那么它会返回一个 ICMP 重定向消息给这个主机，这个消息包含了最合适的路由信息和源数据。这主要下发生在路由器持有更好的路由信息的情况下，路由器会通过这个 ICMP 重定向消息给发送端主机一个更合适的发送路由。
- ICMP 超时消息：IP 数据包中有一个字段 TTL（Time to live，生存周期），它的值随着没经过一个路由器就会减 1，直到减到 0 时该 IP 数据包被丢弃。此时，IP 路由器将发送一个 ICMP 超时消息给发送端主机，并通知该包已被丢弃。
- 源抑制消息：当 TCP/IP 主机发送数据到另一主机时，如果速度达到路由器或者链路的饱和状态，路由器发出一个 ICMP 源抑制消息。
ICMP 查询报文
----ICMP 回送消息：用于进行通信的主机或路由之间，判断发送数据包是否成功到达对端的消息。可以向对端主机发送回送请求消息，也可以接收对端主机回来的回送应答消息。
----ICMP 地址掩码消息：主要用于主机或路由想要了解子网掩码的情况。可以向那些主机或路由器发送 ICMP 地址掩码请求消息，然后通过接收 ICMP 地址掩码应答消息获取子网掩码信息。
----ICMP 时间戳消息：可以向那些主机或路由器发送 ICMP 时间戳请求消息，然后通过接收 ICMP 时间戳应答消息获取时间信息。
Ping 程序
Ping 程序利用 ICMP 回显请求报文和回显应答报文（而不用经过传输层）来测试目标主机是否可达。它是一个检查系统连接性的基本诊断工具。
ICMP 回显请求和 ICMP 回显应答报文是配合工作的。当源主机向目标主机发送了 ICMP 回显请求数据包后，它期待着目标主机的回答。目标主机在收到一个 ICMP 回显请求数据包后，它会交换源、目的主机的地址，然后将收到的 ICMP 回显请求数据包中的数据部分原封不动地封装在自己的 ICMP 回显应答数据包中，然后发回给发送 ICMP 回显请求的一方。如果校验正确，发送者便认为目标主机的回显服务正常，也即物理连接畅通。
例如：在终端上 Ping 下谷歌的地址，神奇的发现谷歌地址既然不用翻墙都能上了，而且丢包率 0%。
$ ping www.google.com PING www.google.com (173.194.127.148) 56(84) bytes of data. 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=1 ttl=48 time=11.0 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=2 ttl=48 time=10.8 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=3 ttl=48 time=11.1 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=4 ttl=48 time=10.8 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=5 ttl=48 time=11.1 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=6 ttl=48 time=11.0 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=7 ttl=48 time=10.5 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=8 ttl=48 time=9.96 ms 64 bytes from hkg03s13-in-f20.1e100.net (173.194.127.148): icmp_req=9 ttl=48 time=10.9 ms ^C --- www.google.com ping statistics --- 9 packets transmitted, 9 received, 0% packet loss, time 8009ms rtt min/avg/max/mdev = 9.963/10.830/11.123/0.368 ms
Traceroute 程序
Traceroute 程序主要用来侦测源主机到目的主机之间所经过的路由的情况。
Traceroute 使用 ICMP 报文和 IP 首部中的 TTL 字段，它充分利用了 ICMP 超时消息。其原理很简单，开始时发送一个 TTL 字段为 1 的 UDP 数据报，而后每次收到 ICMP 超时萧后，按顺序再发送一个 TTL 字段加 1 的 UDP 数据报，以确定路径中的每个路由器，而每个路由器在丢弃 UDP 数据报时都会返回一个 ICMP 超时报文，而最终到达目的主机后，由于 ICM P选择了一个不可能的值作为 UDP 端口（大于30000）。这样目的主机就会发送一个端口不可达的
ICMP 差错报文。
参考资料：
《TCP/IP 详解》
《图解 TCP/IP》