traceroute用法与原理分析

traceroute是linux/unix系统中用于分析本地到目标网络地址间的路由转发路径的工具，也常用于诊断网络链路不通或异常的发生位置。在windows中也有类似功能的工具，名为tracert。

本文将介绍traceroute的用法并分析其原理。

用法

traceroute的使用方式很简单，只需要提供目标IP作为参数即可。工具也提供一些参数来设置探测的最大跳数、每跳的探测次数等，不过一般较少使用，可以参考--help输出的帮助信息。

上图是在windows下使用tracert追踪baidu.com对应的服务器IP 220.181.38.148所产生的结果。输出的第一行和探测结果无关，只是表示tracert最多探测30跳，如果30跳仍未到达目标则不再探测。

之后每行输出的是路由链路上每一跳的路由节点IP以及到这个节点的时延情况。可以看到第1跳是本地路由器，第2跳是本地运营商接入网关，之后每一跳都是网络转发路径上的一个节点。每增加一跳，时延一般都会增加一点，因为传输路径变长了。最终经过17跳，报文到达目标服务器。

对于这个结果，我们会产生一些疑问：

1. 每一跳的IP和时延信息是怎么得到的？
2. 为什么每一跳有3个时延信息，有时还会显示2个或者3个IP地址？
3. 为什么有些跳数显示的结果是请求超时？为什么有节点请求超时了还能到达后续的节点？

要回答这些问题，就需要分析traceroute的原理。

原理

traceroute的原理其实非常简单，步骤如下：

1. 向目标IP发送3个TTL=n（n起始值为1）的ICMP ping request报文，等待回应

2. 如果收到ICMP ping response报文，则说明路由成功，通过n跳可以到达目标IP，traceroute工作完成。request和response的时间间隔就是时延，由于发送了3个request，因此有3个时延信息。

 3.  如果收到ICMP TTL exceeded报文，则说明第n跳路由到达了这个报文的发送节点。IP报文的TTL字段每经过一次路由转发就会减1，当减到0时当前的转发节点就会向报文的源IP发送一个ICMP TTL exceeded报文，因此发送了这个报文的节点就是第n跳的路由节点。由于发送了3个request，因此会返回3个报文和对应的时延信息。由于到目标IP的路由路径不一定是唯一的，因此报文在第n跳时到达的节点不一定是同一个，就有可能会输出多个第n跳节点地址。

 4. 如果在request发出3秒（默认超时时间）后仍然没有收到任何回应，则这轮检测超时。但这并不意味着目标IP不可达，而很可能是因为第n跳到达的节点不允许发送TTL exceeded报文。因此traceroute会继续后面的探测过程。

5. 将TTL加1，回到第1步继续探测。

通过上述步骤，traceroute根据发出的ICMP request和收到的响应情况，就可以获得路由路径上所有（允许发送TTL exceeded报文）的路由节点IP和时延了。由于每一跳的探测报文会发送3次，因此会有3个响应时延和3个路由节点IP（可能重合）。由于部分路由节点不允许发送TTL exceeded报文，因此在这些节点上TTL耗尽的探测包不会收到响应，也就无法获得这一跳的节点信息，但这个节点可以继续转发报文，因此路由过程和探测过程都可以继续。