【Shell 命令集合網(wǎng)絡(luò)通訊】Linux 追蹤數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的路徑 traceroute命令使用指南

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Shell 命令專欄：Linux Shell 命令全解析

描述

traceroute命令用于追蹤數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的路徑。它通過發(fā)送一系列的ICMP（Internet Control Message Protocol）回顯請求數(shù)據(jù)包（ping包），并記錄每個數(shù)據(jù)包的傳輸時間，從而確定數(shù)據(jù)包從源主機到目標(biāo)主機經(jīng)過的所有中間路由器。

當(dāng)我們使用traceroute命令時，它會發(fā)送一系列的數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包的TTL（生存時間）值逐漸遞增。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)某個中間路由器時，如果TTL值為0，路由器會將該數(shù)據(jù)包丟棄，并發(fā)送一個ICMP回顯超時消息給源主機。通過這種方式，traceroute命令可以獲取數(shù)據(jù)包經(jīng)過的每個中間路由器的IP地址和傳輸時間。

通過分析traceroute命令的輸出，我們可以確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的路徑，以及每個中間路由器的響應(yīng)時間。這對于網(wǎng)絡(luò)故障排除和網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化非常有幫助。我們可以根據(jù)traceroute的結(jié)果，確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸位置，并采取相應(yīng)的措施來改善網(wǎng)絡(luò)性能。

總結(jié)起來，traceroute命令的作用是通過發(fā)送一系列的ICMP回顯請求數(shù)據(jù)包，追蹤數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的路徑，并記錄每個數(shù)據(jù)包的傳輸時間，以便分析網(wǎng)絡(luò)性能和故障排除。

語法格式

traceroute [選項] 目標(biāo)主機

參數(shù)說明

-n：以數(shù)字形式顯示中間路由器的IP地址，而不進行反向DNS查找。
-q <次數(shù)>：設(shè)置每個TTL值發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)量。
-I：使用ICMP Echo請求數(shù)據(jù)包（ping包）進行追蹤，而不是默認(rèn)的UDP數(shù)據(jù)包。
-w <超時時間>：設(shè)置等待每個中間路由器響應(yīng)的超時時間。
-m <最大跳數(shù)>：設(shè)置追蹤路徑的最大長度，即最大跳數(shù)。
-f <起始TTL值>：設(shè)置起始TTL值，即從指定跳數(shù)開始追蹤路徑。

錯誤情況

如果目標(biāo)主機無法到達(dá)或不存在，traceroute命令將顯示相關(guān)錯誤信息，如"無法解析主機"或"網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)"。
如果網(wǎng)絡(luò)中存在防火墻或路由器配置問題，可能會導(dǎo)致traceroute命令失敗或無法顯示完整的路徑。
如果traceroute命令的超時時間設(shè)置過短，可能會導(dǎo)致中間路由器無法及時響應(yīng)，從而顯示超時錯誤。

請注意，以上是一些常見的錯誤情況，實際情況可能因網(wǎng)絡(luò)配置和環(huán)境而有所不同。在使用traceroute命令時，需要根據(jù)具體情況進行參數(shù)設(shè)置和錯誤排查。

注意事項

在使用Linux Shell中的traceroute命令時，有一些注意事項需要考慮：

需要使用管理員權(quán)限：traceroute命令需要發(fā)送和接收ICMP或UDP數(shù)據(jù)包，這通常需要管理員權(quán)限。因此，在使用traceroute命令之前，請確保您具有足夠的權(quán)限，或者使用sudo來執(zhí)行命令。
防火墻和路由器配置：在某些情況下，網(wǎng)絡(luò)中的防火墻或路由器配置可能會阻止或限制traceroute命令的正常執(zhí)行。如果您發(fā)現(xiàn)無法獲取完整的路徑或出現(xiàn)超時錯誤，請檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，并確保允許ICMP或UDP數(shù)據(jù)包通過。
解析主機名的延遲：traceroute命令默認(rèn)會嘗試解析每個中間路由器的IP地址對應(yīng)的主機名。這可能會導(dǎo)致一些延遲，特別是在網(wǎng)絡(luò)中存在DNS問題或主機名解析較慢的情況下。如果您對延遲比較敏感，可以使用-n選項來禁用主機名解析。
超時時間的設(shè)置：traceroute命令會等待每個中間路由器的響應(yīng)，如果超過了設(shè)定的超時時間仍未收到響應(yīng)，將顯示超時錯誤。默認(rèn)的超時時間可能不適用于所有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。您可以使用-w選項來設(shè)置合適的超時時間，以確保能夠獲取到足夠的響應(yīng)。
最大跳數(shù)的設(shè)置：traceroute命令默認(rèn)的最大跳數(shù)為30，這意味著如果數(shù)據(jù)包在30個跳內(nèi)未到達(dá)目標(biāo)主機，將停止追蹤并顯示相關(guān)信息。在某些網(wǎng)絡(luò)中，可能需要設(shè)置更大的最大跳數(shù)，以便追蹤更長的路徑。您可以使用-m選項來設(shè)置最大跳數(shù)。
安全性考慮：由于traceroute命令涉及發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，可能會引起一些安全問題。在某些情況下，網(wǎng)絡(luò)管理員可能會限制或禁止使用traceroute命令。在使用traceroute命令時，請確保您已獲得適當(dāng)?shù)氖跈?quán)，并遵守相關(guān)的安全政策和規(guī)定。

總之，在使用traceroute命令時，請確保您具備足夠的權(quán)限、了解網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和配置，并注意安全性和延遲等因素。

底層實現(xiàn)

在Linux Shell中，traceroute命令的底層實現(xiàn)是通過發(fā)送特定類型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包來追蹤路徑。具體來說，它使用了ICMP（Internet Control Message Protocol）或UDP（User Datagram Protocol）數(shù)據(jù)包來實現(xiàn)。

當(dāng)我們執(zhí)行traceroute命令時，它會創(chuàng)建一個原始套接字（raw socket）來發(fā)送數(shù)據(jù)包。在每個數(shù)據(jù)包中，它會設(shè)置一個特定的TTL（Time to Live）值，該值指定了數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中可以經(jīng)過的最大跳數(shù)。初始TTL值通常為1。

traceroute命令通過發(fā)送數(shù)據(jù)包到目標(biāo)主機，并等待每個中間路由器的響應(yīng)。如果一個中間路由器收到了數(shù)據(jù)包，但發(fā)現(xiàn)TTL值已經(jīng)為0，它會丟棄該數(shù)據(jù)包，并發(fā)送一個ICMP超時消息（如果使用ICMP協(xié)議）或UDP端口不可達(dá)消息（如果使用UDP協(xié)議）給源主機。這樣，traceroute命令就能夠確定數(shù)據(jù)包經(jīng)過的每個中間路由器的IP地址和傳輸時間。

為了獲取更多的信息，traceroute命令會逐漸增加TTL值，并發(fā)送多個數(shù)據(jù)包，以便覆蓋整個路徑。它會記錄每個數(shù)據(jù)包的傳輸時間和路由器的IP地址，然后將結(jié)果輸出給用戶。

需要注意的是，底層實現(xiàn)可能因操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不同而有所差異。不同的操作系統(tǒng)可能使用不同的方式來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置和策略也可能會影響traceroute命令的執(zhí)行和結(jié)果。

總結(jié)起來，traceroute命令底層通過發(fā)送特定類型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包（ICMP或UDP）來追蹤路徑。它使用TTL值來控制數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的跳數(shù)，并通過接收中間路由器的響應(yīng)來確定路徑和傳輸時間。

示例

示例一

$ traceroute www.google.com

該命令將追蹤到達(dá)www.google.com的路徑，并顯示每個中間路由器的IP地址和傳輸時間。

示例二

$ traceroute -n 192.168.0.1

該命令將以數(shù)字形式顯示中間路由器的IP地址，而不進行反向DNS查找。

示例三

$ traceroute -q 10 www.example.com

該命令將發(fā)送10個數(shù)據(jù)包來追蹤到達(dá)www.example.com的路徑。

示例四

$ traceroute -I 8.8.8.8

該命令將使用ICMP Echo請求數(shù)據(jù)包（ping包）進行追蹤，而不是默認(rèn)的UDP數(shù)據(jù)包。

示例五

$ traceroute -w 2 www.yahoo.com

該命令將設(shè)置等待每個中間路由器響應(yīng)的超時時間為2秒。

示例六

$ traceroute -m 20 www.microsoft.com

該命令將設(shè)置最大跳數(shù)為20，即追蹤路徑的最大長度為20跳。

示例七

$ traceroute -f 5 www.amazon.com

該命令將設(shè)置起始TTL值為5，即從第5跳開始追蹤路徑。

用c語言實現(xiàn)

下面是一個使用C語言實現(xiàn)traceroute命令的簡單示例代碼，代碼中使用了原始套接字（raw socket）來發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/ip_icmp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>

#define MAX_HOPS 30
#define PACKET_SIZE 64
#define ICMP_ECHO_REQUEST 8
#define ICMP_ECHO_REPLY 0
#define ICMP_TIME_EXCEEDED 11

// 計算校驗和
unsigned short calculateChecksum(unsigned short *buffer, int length) {
    unsigned long sum = 0;
    while (length > 1) {
        sum += *buffer++;
        length -= 2;
    }
    if (length == 1) {
        sum += *(unsigned char *)buffer;
    }
    sum = (sum >> 16) + (sum & 0xFFFF);
    sum += (sum >> 16);
    return ~sum;
}

// 發(fā)送ICMP回顯請求數(shù)據(jù)包
void sendEchoRequest(int sockfd, struct sockaddr_in *dest_addr, int ttl) {
    struct icmphdr icmp_header;
    memset(&icmp_header, 0, sizeof(struct icmphdr));
    icmp_header.type = ICMP_ECHO_REQUEST;
    icmp_header.code = 0;
    icmp_header.un.echo.id = getpid();
    icmp_header.un.echo.sequence = ttl;
    icmp_header.checksum = calculateChecksum((unsigned short *)&icmp_header, sizeof(struct icmphdr));

    setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_TTL, &ttl, sizeof(int));
    sendto(sockfd, &icmp_header, sizeof(struct icmphdr), 0, (struct sockaddr *)dest_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
}

// 接收ICMP回顯回復(fù)數(shù)據(jù)包
int receiveEchoReply(int sockfd, int ttl, struct sockaddr_in *recv_addr, float *rtt) {
    char buffer[PACKET_SIZE];
    struct timeval start_time, end_time;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);

    gettimeofday(&start_time, NULL);
    ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, PACKET_SIZE, 0, (struct sockaddr *)recv_addr, &addr_len);
    gettimeofday(&end_time, NULL);

    *rtt = (end_time.tv_sec - start_time.tv_sec) * 1000.0 + (end_time.tv_usec - start_time.tv_usec) / 1000.0;

    if (bytes_received >= sizeof(struct iphdr) + sizeof(struct icmphdr)) {
        struct iphdr *ip_header = (struct iphdr *)buffer;
        struct icmphdr *icmp_header = (struct icmphdr *)(buffer + (ip_header->ihl * 4));
        if (icmp_header->type == ICMP_ECHO_REPLY) {
            return 1; // 收到回復(fù)
        } else if (icmp_header->type == ICMP_TIME_EXCEEDED) {
            return 2; // TTL超時
        }
    }
    return 0; // 其他情況
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s <destination>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    struct hostent *host = gethostbyname(argv[1]);
    if (host == NULL) {
        printf("Cannot resolve hostname.\n");
        return 1;
    }

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
    if (sockfd < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        return 1;
    }

    struct sockaddr_in dest_addr;
    memset(&dest_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    dest_addr.sin_family = AF_INET;
    dest_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);

    printf("Traceroute to %s (%s)\n", argv[1], inet_ntoa(dest_addr.sin_addr));

    for (int ttl = 1; ttl <= MAX_HOPS; ttl++) {
        printf("%2d ", ttl);

        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            sendEchoRequest(sockfd, &dest_addr, ttl);

            struct sockaddr_in recv_addr;
            memset(&recv_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
            float rtt = 0.0;

            int result = receiveEchoReply(sockfd, ttl, &recv_addr, &rtt);
            if (result == 1) {
                printf(" %.3f ms", rtt);
                break;
            } else if (result == 2) {
                printf(" *");
            } else {
                printf(" ???");
            }
        }

        printf("\n");
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}

這段代碼使用了原始套接字（raw socket）來發(fā)送和接收ICMP數(shù)據(jù)包。它通過設(shè)置TTL值和發(fā)送ICMP回顯請求數(shù)據(jù)包來追蹤路徑，并通過接收ICMP回顯回復(fù)數(shù)據(jù)包來獲取每個中間路由器的響應(yīng)時間。代碼中還包含了一些輔助函數(shù)，如計算校驗和和處理時間等。

請注意，使用原始套接字需要具有管理員權(quán)限。因此，在運行該代碼時，您可能需要使用sudo或以root用戶身份執(zhí)行。此外，由于使用了原始套接字，該代碼只能在Linux等支持原始套接字的操作系統(tǒng)上運行。

這只是一個簡單的示例，實際上，traceroute命令的實現(xiàn)要更加復(fù)雜，涉及到更多的選項和錯誤處理。此外，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同，代碼可能需要進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改。

結(jié)語

在我們的探索過程中，我們已經(jīng)深入了解了Shell命令的強大功能和廣泛應(yīng)用。然而，學(xué)習(xí)這些技術(shù)只是開始。真正的力量來自于你如何將它們?nèi)谌氲侥愕娜粘９ぷ髦校蕴岣咝屎蜕a(chǎn)力。

心理學(xué)告訴我們，學(xué)習(xí)是一個持續(xù)且積極參與的過程。所以，我鼓勵你不僅要閱讀和理解這些命令，還要動手實踐它們。嘗試創(chuàng)建自己的命令，逐步掌握Shell編程，使其成為你日常工作的一部分。

同時，請記住分享是學(xué)習(xí)過程中非常重要的一環(huán)。如果你發(fā)現(xiàn)本博客對你有幫助，請不吝點贊并留下評論。分享你自己在使用Shell命令時遇到的問題或者有趣的經(jīng)驗，可以幫助更多人從中學(xué)習(xí)。
此外，我也歡迎你收藏本博客，并隨時回來查閱。因為復(fù)習(xí)和反復(fù)實踐也是鞏固知識、提高技能的關(guān)鍵。

最后，請記?。好總€人都可以通過持續(xù)學(xué)習(xí)和實踐成為Shell編程專家。我期待看到你在這個旅途中取得更大進步！

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文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-757049.html

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