traceroute基本原理_实践与认识的相关原理

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一、路由追踪程序traceroute/tracert

Traceroute是Linux和Mac OS等系统默认提供的路由追踪小程序，Tracert是Windows系统默认提供的路由追踪小程序。二者的功能相同，都能探测数据包从源地址到目的地址经过的路由器的IP地址。Traceroute/Tracert的实现都借助了TTL：通过向目的地址发送一系列的探测包，设置探测包的TTL初始值分别为1,2,3…，根据返回的超时通知（ICMP Time Exceeded Message）得到源地址与目的地址之间的每一跳路由信息。虽然两者输出结果一致，但在实现原理上还有着显著的差别。

二、Traceroute实现原理

1. 从源地址发出一个UDP探测包到目的地址，并将TTL设置为1；

2. 到达路由器时，将TTL减1；

3. 当TTL变为0时，包被丢弃，路由器向源地址发回一个ICMP超时通知（ICMP Time Exceeded Message），内含发送IP包的源地址，IP包的所有内容及路由器的IP地址；

4. 当源地址收到该ICMP包时，显示这一跳路由信息；

5. 重复1～5，并每次设置TTL加1；

6. 直至目标地址收到探测数据包，并返回端口不可达通知（ICMP Port Unreachable）；

7. 当源地址收到ICMP Port Unreachable包时停止traceroute。

注：

1. Linux和Mac OS等系统使用UDP包进行探测，目标端口号默认为33434，每次探测目标端口号加1。Traceroute故意使用了一个大于 30000 的目标端口号，以保证目标地址收到数据包后能够返回一个“端口不可达”的 ICMP 报文，于是源地址就可将端口不可达报文当作跟踪结束的标志。

2.Traceroute每跳默认发送3个探测包（发包的数量可通过-q进行设置），探测包的返回会受到网络情况的影响。如果防火墙封掉了ICMP的返回信息，那么相应的延时位置会以*显示。如果某台网关阻塞或者某台DNS出现问题，那么相应行的延时会变长。可以加-n 参数来避免DNS解析，以IP格式输出数据。

3.每个探测包都有唯一的标识号，使得Traceroute能够识别返回的包。UDP数据包使用递增的目标端口号进行标识。

三、Tracert实现原理

1. 从源地址发出一个ICMP请求回显（ICMP Echo Request）数据包到目的地址，并将TTL设置为1；

2. 到达路由器时，将TTL减1；

3. 当TTL变为0时，包被丢弃，路由器向源地址发回一个ICMP超时通知（ICMP Time Exceeded Message），内含发送IP包的源地址，IP包的所有内容及路由器的IP地址；

4. 当源地址收到该ICMP包时，显示这一跳路由信息；

5. 重复1～5，并每次设置TTL加1；

6. 直至目标地址收到探测数据包，并返回ICMP回应答复（ICMPEcho Reply）；

7. 当源地址收到ICMP Echo Reply包时停止tracert。

注：

1.Windows系统使用ICMP请求回显（ICMP Echo Request）数据包进行探测，源地址以目的地址返回的ICMP回应答复（ICMP Echo Reply）作为跟踪结束标志。

2.Traceroute每跳默认发送3个探测包。在未能到达路由器或未返回ICMP超时通知的情况下，相应的延时位置会以*显示。

3.每个探测包都有唯一的标识号，ICMP数据包使用seq进行标识。

四、Wireshark抓包解析

本次实验通过追踪本机到达www.baidu.com所经过的路由信息，并使用Wireshark抓取数据包进行简要分析来验证traceroute和tracert的实现原理。

1.Linux/ Mac OS——traceroute

（1）Mac OS

traceroute www.baidu.com。

如图，Traceroute能够显示到达目的地址所需的跳数、经过的路由器的IP地址、延时、丢包情况等信息。第一跳为10.203.4.225，第二跳为10.2.30.1，第三跳为10.2.1.1；每条记录输出3个延时结果，说明源地址每次默认发送三个数据包；在11条记录只有1个延时结果，说明源地址只收到了1个ICMP超时通知消息。

如图，源地址10.203.4.244向目的地址119.75.218.70发送UDP数据包，每跳默认发送3个，TTL设置为1；数据包遇到路由器之后，被丢弃，返回Time tolive exceeded超时通知，解析出路由器IP地址10.203.4.225。源地址再发数据包，设置TTL=2，从而解析出第二跳路由10.2.30.1。同理，解析出第三跳路由10.2.1.1。与终端显示的信息相符。

从图中还可以看出，数据包目标端口号从33435开始并且每次加1，traceroute能够通过UDP数据包递增的目标端口号来唯一识别返回的包。

如图，第11跳的61.51.113.202路由只返回了一个ICMP超时通知，与终端显示的信息相符。

如图，TTL=34时，ICMP数据包中Type=3(Destination unreachable)，Code=3(Port unreachable)，说明目的地址向源地址发送了端口不可达通知（ICMP Port Unreachable），表示数据包到达目的地址。

（2）Linux

traceroute www.baidu.com。

Linux系统下的抓包解析与Mac OS类似。

2. Windows——tracert

tracert www.baidu.com。

如图，第一跳为10.8.160.1，第二跳为10.0.14.1，第三跳为10.0.4.41；每条记录输出3个延时结果，说明源地址每次默认发送三个数据包；在第6条记录只有2个延时结果，说明源地址只收到了2个ICMP超时通知消息；数据包从源地址经过15跳之后到达目的地址。

如图，源地址10.8.169.32向目的地址220.181.111.188发送ICMP请求回显（ICMP Echo Request）数据包，每跳默认发送3个，TTL设置为1；数据包遇到路由器之后，被丢弃，返回Time tolive exceeded超时通知，解析出路由器IP地址10.8.160.1。源地址再发数据包，设置TTL=2，从而解析出第二跳路由10.0.14.1和10.0.14.5。同理，解析出第三跳路由10.0.4.41。与终端显示的信息相符。

从图中还可以看出，数据包从seq=142开始每次加1，tracert能够通过seq来唯一识别返回的包。

如图，seq=157的数据包没有得到路由器172.16.7.1的超时通知消息，因此第6跳只有两个延时结果，与终端显示的信息相符。

如图，TTL=15时，源地址收到了目的地址的ICMP回应答复（ICMP Echo Reply），说明源地址经过了15跳到达目的地址，与终端显示信息相符。

五、The Great Cannon案例

2015年3月26日开始，因某些众所周知的原因，GitHub遭到其网站历史上最大规模DDoS攻击。瑞典网络安全公司Netresec通过查看数据包中的TTL值断定这是一起中间人攻击事件。在此过程中，他们借助了路由追踪程序traceroute/tracert的实现原理。首先建立一个正常的连接，确保数据包能够到达目标机器。然后依次发送TTL值为1,2,3…的HTTP请求。若数据包没有到达中间人设备，则不会出现HTTP响应；若数据包到达中间人设备，则会出现HTTP响应，然后只需在出现HTTP响应时，查看请求数据包设置初始TTL值即可。

安全人员根据下图发现中间人设备潜伏在11和12跳之间。Web请求中 TTL 值为11的时候数据包没有响应，而TTL值为12的时候，返回了正常响应。