陳晶　張鯤

[摘 要]IP協(xié)議為運輸層提供無連接的、盡力而為的服務，卻不包括流量控制與差錯控制功能，因而傳輸錯誤在所難免；源主機無法得知數(shù)據(jù)報的傳輸質(zhì)量，因此需要提供某種機制來了解網(wǎng)絡的狀態(tài)。利用ICMP（Internet控制消息協(xié)議）的相關命令可以進行網(wǎng)絡的基本配置、網(wǎng)絡連通性測試及基本網(wǎng)絡診斷，其中，PING命令在測試子劃分網(wǎng)連通性等實際問題中的應用尤為重要。

[關鍵詞]控制消息協(xié)議；網(wǎng)絡命令；連通性；子網(wǎng)

[中圖分類號] TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）05-0091-04

隨著計算機應用的普及，網(wǎng)絡在日常工作和社會生活的方方面面中都起著至關重要的作用，全民進入了信息化時代。在享用網(wǎng)絡帶來的便利的同時，不法分子也在尋找網(wǎng)絡存在的漏洞，竊取一些重要或機密的信息，這對用戶來說，存在一定程度上的安全隱患，更有甚者造成了其經(jīng)濟上的損失。因此，加強對計算機網(wǎng)絡安全問題的研究十分重要。

嚴重的攻擊不僅使網(wǎng)絡面臨無法工作甚至是癱瘓的風險，還會涉及個人信息、財產(chǎn)等安全，更有甚者會危及生命和國家利益的安全，所以人們對網(wǎng)絡安全的要求也越來越高。而計算機網(wǎng)絡是非常復雜的系統(tǒng)，不管是否遭受到外來的攻擊，即使是網(wǎng)絡設備或主機的軟硬件設置問題，都會引起網(wǎng)絡出現(xiàn)異常。網(wǎng)絡受到的攻擊是層出不窮的，不同的攻擊有不同的處理方法，需要具體問題具體分析，這是一個復雜的難題。作為計算機網(wǎng)絡的初學者，要解決這樣的難題是不太現(xiàn)實的，況且聯(lián)網(wǎng)的計算機都會安裝殺毒軟件，這些殺毒軟件會攔截絕大部分的攻擊，所以初學者遇到網(wǎng)絡不能正常運行或鏈接不上網(wǎng)絡時，可通過ICMP方法進行測試診斷，盡可能地判斷故障的原因和位置。現(xiàn)在網(wǎng)絡測試命令很多也較全面，功能也很完善，由于是操作系統(tǒng)自帶的命令，使用起來簡單且操作方便，對于判斷網(wǎng)絡故障以及從事網(wǎng)絡專業(yè)教學工作均具有現(xiàn)實意義。作為計算機網(wǎng)絡課程的主教老師，以海南熱帶海洋學院計算機網(wǎng)絡實驗室（6501）為實驗環(huán)境，介紹基于ICMP的相關命令PING命令的使用。

一、ICMP概述

ICMP是因特網(wǎng)的標準協(xié)議，其主要任務和功能包括提高IP數(shù)據(jù)報交付成功的機會和允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常的報告。ICMP差錯報告采用路由器-源主機的模式，在遇到網(wǎng)絡故障時，可以用ICMP協(xié)議中的PING（因特網(wǎng)包探索器）命令來大致檢查故障出現(xiàn)的范圍，一般步驟如下：

（1）使用Ipconfig/all觀測本地網(wǎng)絡設置是否正確，主要顯示接口的IP地址、子網(wǎng)掩碼和默認網(wǎng)關信息，可以通過這些信息來檢測TCP/IP設置是否正確。

（2）PING 127.0.0.1，PING 回送地址，是為了檢查本地的TCP/IP設置情況，如果暢通表明TCP/IP的設置正確。（127.0.0.1）是每個主機系統(tǒng)內(nèi)部設定的環(huán)回測試地址，可通過PING 127.0.0.1來測試主機的TCP/IP是否正確安裝和配置正確。

（3）PING本地IP地址，是為了檢測本地的IP地址設置情況。

（4）PING本網(wǎng)段的網(wǎng)關或本網(wǎng)段的IP地址，是為了檢測硬件設備是否有問題，也可檢測本機與本地網(wǎng)絡連接是否正常。

（5）PING本地DNS，是為了檢測DNS是否存在故障。

（6）PING遠程IP地址，是為了檢測本網(wǎng)或本機與外部網(wǎng)絡的連接是否正常。

下面以實例介紹ICMP協(xié)議的一些命令的使用。

二、ICMP應用舉例

實驗環(huán)境：以海南熱帶海洋學院計算機網(wǎng)絡實驗室6501為例，安裝了Windows XP/Windows 7操作系統(tǒng)的計算機，為本地局域網(wǎng)環(huán)境（交換機、多根直通線）。實驗通過分組實現(xiàn)，每個圓桌共有六臺電腦和與之匹配的小組控制機柜，每臺電腦都配有實驗網(wǎng)卡和管理網(wǎng)卡兩張網(wǎng)卡，通過實驗網(wǎng)卡與小組控制機柜連接，通過管理網(wǎng)卡與核心控制機柜連接。具體的實現(xiàn)環(huán)境如圖1、圖2所示。

實驗要求：按照分好的6個組，每個組的學生坐在一起。組內(nèi)再分每三個學生作為一小組，實驗前分配好各自的實驗任務，為避免實驗出現(xiàn)混亂，三個學生需要規(guī)劃好使用的主機的順序，即A、B、C三臺主機確定，再規(guī)劃好IP配置（使用192.168.0.0/24這段私有IP地址），然后將實驗網(wǎng)卡的IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關等參數(shù)記錄并保留起來，實驗完成后再恢復。

三、實驗內(nèi)容

在實驗前，已檢測局域網(wǎng)的環(huán)境，確保TCP/IP配置正確，確保實驗能正常完成。

首先禁用管理網(wǎng)卡，防止在做第二個實驗時，位于不同子網(wǎng)情況下兩臺主機通過管理網(wǎng)卡連接到核心控制機柜而檢測出連通情況，從而得出錯誤的實驗結(jié)論。配置實驗網(wǎng)卡的TCP/IP屬性（包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關、DNS）；每臺主機都要PING 127.0.0.1，PING 本機IP地址，PING 鄰機IP地址，注意觀察實際情況并記錄；分別將相鄰的2臺PC機分別設置為同一子網(wǎng)、不同子網(wǎng)和相同的IP地址三種情況，再用PING命令進行測試，注意觀察并記錄，最后進行實驗結(jié)果的分析。

1.先驗證A、B兩臺主機位于相同子網(wǎng)時的連通情況。

配置主機A、主機B、主機C的實驗網(wǎng)卡的IP地址、子網(wǎng)掩碼等參數(shù)，使A主機、B主機、C主機在相同子網(wǎng)下，此時A主機的IP地址配置為192.168.7.37，B主機的IP地址配置為192.168.7.17，C主機的IP地址配置為192.168.7.7。

每臺主機分別使用PING命令PING本機IP地址，并記錄情況，正常情況下都是通暢的。這里只給出在A主機上通過PING命令檢測到的情況如圖3所示，其余的PC機與其同理可得。

在主機A和主機B上分別通過PING命令檢測到對方的連通情況，這里只給出在A主機上通過PING命令檢測到與B主機的連通情況，如圖4所示，發(fā)送4個數(shù)據(jù)包，接收4個數(shù)據(jù)包，丟包率為0，由此可見A主機與B主機是連通的，可以進行正常的通信，在B主機上通過PING命令檢測到與A機的連通情況與其同理可得。

2.然后測試A主機和B主機在不同子網(wǎng)的環(huán)境下的連通情況。

修改 B主機的IP地址和子網(wǎng)掩碼，使之與A主機不在同一子網(wǎng)上，再次在A主機和B主機上分別通過PING命令檢測到對方的連通情況，此時B主機IP地址為192.168.8.17，結(jié)束后將B主機IP地址改為初值即192.168.7.17，這里還是只給出在A主機上通過PING命令檢測到與B主機的連通情況，如圖5所示，發(fā)送4個數(shù)據(jù)包，接收到0個數(shù)據(jù)包，丟包率為100%，主機A和主機B是不連通的，不能進行正常的通信。在B主機上通過PING命令檢測到與A主機的連通情況與其同理可得。

3.測試A主機與B主機是同一個IP地址即IP地址沖突情況下，如何判斷這個相同IP地址的歸屬情況。

修改相鄰兩臺計算機A、B的IP，其中B主機的IP地址設置為A主機的IP地址，即讓A主機與B主機的IP地址發(fā)生沖突，觀察并記錄A主機、B主機上的錯誤消息報告情況；進入DOS命令窗口，在另外一臺計算機C（IP地址與主機A/B不同）上向該IP地址發(fā)PING命令檢測報文（PING IP -n 10），觀察PING檢測報文的返回情況，在C主機上用“nbtstat –A命令”查看此時該IP地址對應的主機名稱是計算機A還是計算機B。用于顯示本地計算機和遠程計算機的基于 TCP/IP（NetBT） 協(xié)議的 NetBIOS 統(tǒng)計資料、NetBIOS名稱表和NetBIOS名稱緩存。NBTSTAT可以刷新NetBIOS名稱緩存和注冊的 Windows Internet 名稱服務（WINS） 名稱。使用不帶參數(shù)的NBTSTAT顯示幫助，如圖6所示（讓主機B與主機A的IP地址發(fā)生沖突步驟與此相同，同理可得，這里不再給出）。

在主機A的桌面上點擊“我的電腦”-“屬性”，可以查看主機A的名稱“NETUSER22”，與上述實驗結(jié)果一致，由此可判斷此IP地址是主機A的。

四、實驗結(jié)果分析

1.當兩主機A與B屬于相同子網(wǎng)時，無論是A主機PINGB主機的IP地址還是B主機PINGA主機的IP地址，結(jié)果都是連通的；當兩主機A與B屬于不同子網(wǎng)時，無論是A機PINGB主機的IP地址還是B主機PINGA主機的IP地址，結(jié)果都是PING不同的。這驗證了在同一子網(wǎng)內(nèi)的各主機間可以相互通信，不同子網(wǎng)內(nèi)的各主機間不同通信的原理，即劃分了子網(wǎng)。劃分子網(wǎng)限制了接收廣播信息的計算機數(shù)量，對“網(wǎng)絡風暴”引起的計算機網(wǎng)絡性能惡化具有隔絕作用。這種作用等同于劃分VLAN，卻不需要額外的網(wǎng)絡設備和VLAN幀的標識，節(jié)省了一定的資源開銷。

2.當A、B兩主機中其中一臺計算機B主機修改為另一臺計算機A主機的IP地址，造成IP地址沖突，在相同子網(wǎng)的第三臺計算機C主機上可以查看該IP地址是屬于最初分配到該IP地址的那臺計算機A主機的。這是判斷主機是否遭受ARP病毒攻擊還是簡單的地址沖突的最為簡單實用的方法。若只是簡單的IP地址沖突，修改主機B的TP地址即可；若是遭受ARP病毒攻擊，可繼續(xù)監(jiān)測攻擊的源頭，并采取對應的ARP攻擊的安全策略。

3.PING（Packet Internet Groper）命令即因特網(wǎng)包探索器，主要用來測試網(wǎng)絡是否通暢或者網(wǎng)絡連接速度的命令。PING命令通過發(fā)送一個ICMP報文，回復請求消息給目的主機并報告是否收到所希望的ICMP echo （ICMP回復應答）。它對一個網(wǎng)絡地址發(fā)送測試數(shù)據(jù)包，看該網(wǎng)絡地址是否有響應并統(tǒng)計響應時間，以此測試網(wǎng)絡。PING和ICMP報文的關系如下：PING命令發(fā)送數(shù)據(jù)使用的是ICMP協(xié)議。從專業(yè)技術(shù)角度來說，ICMP報文就是一個“錯誤偵測與回報機制”，其目的是讓網(wǎng)絡使用者及管理者能夠檢測網(wǎng)路的連線狀況，確保連線的準確性，主要有偵測通信的目的主機是否存在、建立及維護路由資料以及ICMP重定向、流量控制等功能；ICMP報文主要是通過不同的Type與Code讓機器識別不同的連線狀況來進行溝通的。ICMP 是個非常有用的協(xié)議﹐尤其是當我們要對網(wǎng)路連接狀況進行判斷的時候，所以對于網(wǎng)絡安全具有極其重要的意義。但它本身的特點決定了它極易被用于攻擊網(wǎng)絡上的路由器和主機。雖然ICMP協(xié)議給黑客以可乘之機，但是對于ICMP攻擊也并非束手無策，只要在日常網(wǎng)絡管理中提前做好預防準備，就可以有效地避免因遭受ICMP攻擊造成的損失，這就要求網(wǎng)絡管理員對網(wǎng)絡進行管理時要做到未雨綢繆，技術(shù)精益求精。

五、結(jié)論

迅速發(fā)展的計算機網(wǎng)絡是一把雙刃劍，人們辦公、學習都依賴網(wǎng)絡，只有保證用戶的網(wǎng)絡安全，才能真正享受網(wǎng)絡帶給我們的便利。本文以海南熱帶海洋學院計算機網(wǎng)絡實驗室為實驗環(huán)境，向初學計算機網(wǎng)絡的學生介紹了ICMP的功能及一些常用命令的使用及其在網(wǎng)絡診斷中起到的重要作用，驗證了PING等命令的使用。計算機網(wǎng)絡等計算機主干課程因其課程本身具有知識面廣、綜合知識集成度高等特點，成為培養(yǎng)應用型人才的有效知識載體。但計算機網(wǎng)絡理論內(nèi)容較抽象且復雜難懂，通過將理論和實踐相結(jié)合的實驗教學培養(yǎng)學生的應用能力，可以促進學生學習的動力，也加深了學生對PING命令使用的理解，更有效地促進了教學效果。

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[責任編輯：鐘 嵐]