Sokety a C/C++: ICMP protokol

ICMP (Internet Control Message Protocol) je protokol internetové vrstvy komunikačního modelu TCP/IP. Jedná se o služební protokol protokolu IP. Slouží k signalizaci všemožných chybových stavů a k přenosu řídících informací. Pomocí protokolu ICMP lze například signalizovat zahození IP paketu, nedosažitelnost síťového uzlu a podobně.

Protokol ICMP nemůže samostatně bez protokolu IP existovat (mohlo by se zdát, že ICMP je součástí IP). Datagramy ICMP jsou přenášeny pomocí IP paketů – ICMP datagram je vkládán do IP paketu. Protokol IP pohlíží na ICMP datagram jako na data, která přenáší. Stejným způsobem IP protokol pohlíží třeba na UDP datagram nebo na TCP segment. Tím by mohl vzniknout MYLNÝ dojem, že ICMP je stejně jako TCP nebo UDP o vrstvu výše než IP. To ale není pravda. ICMP protokol NENÍ protokol transportní vrstvy, i když stejně jako protokoly transportní vrstvy využívá pro přenos IP protokol (ICMP paket je přenášen v IP paketu). Pokusím se vysvětlit, proč.

Už v prvním dílu seriálu jsem se snažil zjednodušeně říci, že zatímco internetová vrstva má za úkol zajistit komunikaci dvou počítačů (které nemusí být bezprostředně propojeny), transportní vrstva již zajišťuje komunikaci mezi aplikacemi, které na daných dvou počítačích běží. Zatímco IP adresa nám přesně identifikuje počítač v internetu (IP adresa je součástí IP hlavičky, tedy záležitostí internetové vrstvy), číslo portu (ať už UDP, nebo TCP) nám přesně identifikuje aplikaci, která na daném počítači běží. Na TCP nebo UDP port lze pohlížet jako na adresu aplikace na daném počítači. Odesílané TCP segmenty nebo UDP datagramy ve své hlavičce nesou číslo portu (adresu aplikace). U ICMP protokolu tomu tak není. Neexistuje nic jako ICMP port nebo nějaká obdoba ICMP portu. ICMP paket je určen počítači, nikoliv aplikaci. Proto považujeme ICMP protokol za protokol internetové vrstvy. Všechny aplikace běžící na daném počítači mohou příchozí ICMP paket získat (mají-li zájem).

ICMP a IP protokol jsou na sobě závislé protokoly. Jeden bez druhého nemůže existovat. Asi proto se lze někdy dokonce setkat s (asi ne příliš správným) názorem, že ICMP protokol je vlastně součástí IP protokolu.

Formát hlavičky ICMP paketu

Hlavička ICMP paketu má 8 byte délku. První čtyři byty jsou pro všechny typy zpráv stejné. Další čtyři se mění v závislosti na typu ICMP paketu. Za osmibytovou hlavičkou mohou (ale nemusí) následovat data ICMP paketu. Podívejme se podrobně na položky hlavičky.

Pro práci s ICMP hlavičkou budeme používat strukturu icmphdr deklarovanou v hlavičkovém souboru netinet/ip_ic­mp.h.

Typy ICMP paketu

Existuje více typů ICMP paketů. Zdaleka ne se všemi se však při programování setkáme. Spíše při konfigurování sítí. Ostatní typy ICMP paketů a jejich číselné reprezentace, případně čísla kódů a popis typů, lze nalézt na mnoha místech na Internetu (například na http://www.faq­s.org/rfcs/rfc79­2.html) nebo v mnoha knihách. Například v knize Velký průvodce protokoly TCP/IP a systémem DNS autorů L. Dostálka a A. Kabelové, ze které jsem čerpal i já.

Některé typy ICMP paketů

Nyní bych se rád podrobněji zmínil o některých vybraných typech ICMP paketů, se kterými budeme v následujících článcích experimentovat.

Žádost o ECHO

Žádáme vzdálený počítač o zaslání ICMP paketu (ECHO odpověď). Slouží k testování dostupnosti počítače. V tomto typu ICMP paketu mají čtyři byty proměnných atributů hlavičky tvar:

Odpověď ECHO

Odpověď na ECHO žádost. Počítač, který ECHO žádost obdrží, by měl odpovědět ECHO odpovědí. Tento typ ICMP paketu v našich experimentech nebudeme vytvářet, ale budeme jej příjímat.

Čas vypršel – položka TTL klesla na 0

Tento typ ICMP paketu budeme v našich experimentech rovněž přijímat, nikoliv vysílat. Cyklickým odesíláním ECHO žádostí, zvyšováním TTL v IP hlavičce a odchytávání ICMP paketu typu 11 a podtypu 0 můžeme zjistit všechny počítače, přes které IP paket putuje k cíli. V budoucnu věnuji naprogramování tohoto příkladu jeden celý článek.

Nedosažitelný port protokolu UDP

Jestliže je na počítač doručen IP paket nesoucí UDP datagram s číslem cílového portu, který není přiřazen žádné aplikaci, je směrem k odesílateli vyslán tento ICMP paket. Ukážeme si, že při používání příkladu z minulého dílu dochází k odesílání tohoto ICMP paketu.

Práce s ICMP protokolem

S ICMP protokolem budeme pracovat pomocí soketu typu SOCK_RAW. Protokol (3. parametr funkce socket) je dán hodnotou makra IPPROTO_ICMP.

Vytvoříme-li soket následujícím způsobem:

budeme pomocí funkce sendto odesílat buffer obsahující vyplněnou ICMP hlavičku. Nikoliv ale IP hlavičku. Parametry IP hlavičky můžeme měnit pomocí voleb soketů. Budeme-li ale pomocí funkce recvfrom přijímat data z takto vytvořeného soketu, bude přijímací buffer zaplněn jak IP hlavičkou, tak i ICMP hlavičkou. Nesmíme na to zapomenout a musíme vždy posunout začátek bufferu o offset(posunutí), jehož velikost je dána atributem ihl z IP hlavičky. O tom si ale povíme více příště, kdy si vytvoříme (a podrobně popíšeme) jednoduchý program, který bude přijímat všechny ICMP pakety doručené počítači, na kterém poběží, a vypíše, o jaký typ se jedná.