Chapter 11. ICMP: Internet Control Message Protocol

11.1 introduction

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ICMP란?

👉🏻 TCP/IP에서 IP 패킷을 처리할 때 발생되는 문제를 알려주는 프로토콜이다.

 

각 열의 내용

PRC_	Net/3에서 처리한 ICMP 메시지와 프로토콜 독립 오류 코드 간의 매핑을 보여준다.
icmp_imput	각 ICMP 메시지에 대해 icmp_input에 의해 호출된 함수를 보여준다.
UDP	UDP 소켓에 대한 ICMP 메시지를 처리하는 기능이다.
TCP	TCP 소켓에 대한 ICMP 메시지를 처리하는 기능이다.
errno	이 열이 비어있으면 커널은 ICMP 메시지를 프로세스에 보고하지 않는다.

 

ICMP message type

 

8번	echo request	메시지 요청
0번	echo reply	메시지 응답

 

3번	destination unreachable	도달 불가 에러
11번	time exceeded	TTL이 초과된 경우

 

 

그림 11.3은 위 표(그림 11.1, 11.2)에서 붉은색 박스로 표시된 부분의 내용을 의미한다.

 

그림 11.4는 들어오는 ICMP 요청에 적절한 ICMP 응답으로 응답함을 의미한다.

 

11.2 Code Introduction

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그림 11.5는 ICMP 데이터 구조, 통계 및 처리 구조를 포함하는 파일이다.

Global Variables

 

그림 11.6은 이 장에서 설명하는 전역변수이다.

statistics

그림 11.7은 그림 11.6의 icmpstat 구조체 변수의 내용이다.

 

그림 11.8은 netstat -s를 입력했을 때 나타나는 결과이다.

 

SNMP Variables

그림 11.9는 SNMP variable과 icmpstat member 사이의 관계를 보여준다.

 

11.3 icmp Structure

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첫 번째 박스 [42-45]

• icmp_type은 특정 메시지를 식별한다.
• icmp_code는 메시지를 추가로 지정한다.
• icmp_cksum은 IP헤더 체크섬과 동일하다.

두 번째, 세 번째 박스 [46-59], [67-79]

• 두 union은 다양한 ICMP에 access한다.
• ICMP 메시지는 icmp_type과 icmp_code를 따른다.
• 모든 ICMP 메시지는 icmp_hun을 이용하고, 일부는 icmp_dun을 사용한다.
• 사용하지 않는 필드는 0으로 설정해야 한다.

 

그림 11.11은 ICMP 메시지의 구체적인 구조를 보여준다.

 

11.4 ICMP protosw structure

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그림 11.12는 inetsw[4]의 protosw 구조이다.

icmp_input : 커널로 들어온 ICMP 메시지를 처리한다. (IP계층 → 커널)
rip_output : 프로세스에서 만들어져 나가는 ICMP 메시지를 처리한다. (프로세스 → IP계층)

 

11.5 Input Processing: icmp_input Function

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ip_p : 상위 레벨 프로토콜에 대해 나타냄 (ICMP : 1)

 

 

 

ip_p가 1이면 ip_protox[] 구조에 따라 *inetsw[4]*가 선택된다.

*inetsw[4]*의 pr_input을 통해 icmp_input을 호출한다.

 

 

그림 11.14는 ICMP input의 전반적인 과정을 보여준다.

 

1. 수신된 메시지 확인
2. ICMP error 메시지
3. ICMP request 메시지
4. ICMP redirect 메시지
5. ICMP reply 메시지

 

 

Static structures

첫 번째 박스 [131-134]

• 4개의 구조는 icmp_input이 호출될 때마다 1) 동적할당의 지연을 피하고 2) 스택의 크기를 최소화 하기 위해 정적으로 할당한다.

 

Validate message

두 번째 박스 [135-139]

• icmp_input은 수신된 ICMP 메시지와 데이터그램의 IP 헤더길이를 포함한다.
• 그림 11.16은 메시지의 유효성을 확인하기 위해 ICMP에서 참조하는 상수 및 매크로이다
  

  

세 번째 박스 [140-160]

• icmplen에 메시지 크기를 저장한다.
• 메시지가 너무 짧아서 유효한 ICMP 메시지가 될 수 없으면 icps_tooshort를 증가시켜 메시지를 삭제한다.

 

 

Verify checksum

네 번째 박스 [161-170]

• icmp_input은 in_chsum을 사용하여 ICMP 체크섬을 확인한다.
• 메시지가 손상되면 icps_checksum이 증가하여 메시지가 삭제된다.

 

 

Verify type

다섯 번째 박스 [171-175]

• 인식가능한 범위를 벗어나면 goto raw으로 이동
• 인식가능한 범위에 있으면 icmp_code를 복제하고 icmp_type에 따라 메시지를 처리

 

 

Raw ICMP input

여섯 번째 박스 [317-325]

• raw : 다섯 번째 박스 goto문
• freeit : 세 번째 박스 goto문

 

 

11.6 Error Processing

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호스트가 보낸 데이터그램을 목적지 호스트로 전달할 수 없는 경우, 대상 호스트 또는 중간 라우터는 이러한 패킷을 생성하여 원래 시스템으로 반환한다.

 

 

그림 11.17은 ICMP 오류메시지 형식이다.

 

첫 번째 박스 [176-216]

• 유형과 코드가 인식되면 deliver로 이동
• 유형과 코드가 인식되지 않으면 badcode로 이동

 

두 번째 박스 [217-225]

• 메시지 길이가 올바르지 않으면 icps_badlen을 증가시켜 메시지를 삭제한다.
• 이를 통해 두 개의 잘못된 구현 사이에 무한 시퀀스의 오류 메시지가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

 

세 번째 박스 [226-231]

• pr_clinput은 1) code(오류코드), 2) icmpsrc(원본 IP 데이터그램의 대상), 3) icmp_ip(잘못된 데이터그램에 대한 포인터)를 전달한다.

네 번째 박스 [232-234]

• icps_badcode가 증가해 스위치문에서 제어가 중단된다.

 

그림 11.19는 프로토콜에 부합하는 오류 코드이다.

• PRC_상수는 표면적으로는 프로토콜에 독립적이지만 주로 인터넷 프로토콜에 기반을 둔다.
• 이는 인터넷 도메인 외부의 프로토콜이 오류를 PRC_ 상수에 매핑할 때 어느정도 특수성의 손실을 초래한다.

 

11.7 Request Processing

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• Net/3는 올바른 형식의 ICMP 요청 메시지에 응답하지만 잘못된 ICMP 요청 메시지를 rip_input에 전달한다.
• Net/3에 의해 수신된 대부분의 ICMP 요청 메시지는 응답 메시지를 생성한다.
• 응답을 위한 mbuf 할당을 피하기 위해, icmp_input은 들어오는 요청을 포함하는 mbuf를 응답으로 변환하고 송신자에게 반환한다.

Echo Query: ICMP_ECHO and ICMP_ECHOREPLY

• ICMP에 ECHO요청을 보내는 것을 Ping이라고 한다.
• 구조는 다음과 같다.

• icmp_code는 항상 0이다
• icmp_id와 icmp_seq는 요청의 발신인에 의해 설정되고 응답에서 수정없이 반환된다.
• icmp_data에 도착하는 모든 데이터도 반영된다.

첫 번째 박스 [235-237]

• icmp_type을 ICMP_ECHOREPLY로 변경한다.

두 번째 박스 [277-282]

• 올바른 데이터그램 길이가 복원된다.
• icps_reflect를 증가시켜 요청수를 계산한다.
• *icps_outhist[icp→icmp_type]++*를 증가시켜 ICMP 메시지의 유형을 계산한다.
• 요청자에게 응답을 다시 보낸다.

 

Timestamp Query: ICMP_TSTAMP and ICMP_TSTAMPREPLY

그림 11.22는 ICMP timestamp 요청,응답이다.

• icmp_code는 항상 0이다.
• icmp_id와 icmp_seq는 ICMP 에코메시지의 목적과 동일하다.
• icmp_otime은 요청이 시작된 시간으로 요청하는 사람이 설정한다.
• icmp_rtime은 요청이 수신된 시간으로 요청에 응답하는 사람이 설정한다.
• icmp_ttime은 답신이 전송된 시간으로 요청에 응답하는 사람이 설정한다.

첫 번째 박스 [238-246]

• ICMP_TSTAMPREPLY로 타입을 변경한다. - icmp_rtime과 icmp_ttime에 현재시간을 기록한다.🤔
• 응답을 전송한다.

 

Address Mask Query: ICMP_MASKREQ and ICMP_MASKREPLY

그림 11.24는 ICMP 주소의 요청과 응답이다.

• 시스템이 응답할 관리 권한이 없으면 주소 마스크 요청을 무시해야한다.
• global integer icmpmaskrepl이 0이 아닌 경우 Net/3는 주소 마스크 요청에 응답한다.
• 기본값은 0이며 sysctl(8) 프로그램을 통해 icmp_sysctl로 변경할 수 있다.

첫 번째 박스 [247-256]

• 요청이 0이거나 너무 짧으면 스위치문을 빠져나간다.

 

Select subnet mask

두 번째 박스 [257-267]

• 요청이 0.0.0.0 또는 255.255.255.255로 전송된 경우 원본 주소는 ifaof_ifpforaddr에서 원본 주소와 동일한 네트워크의 in_ifaddr 구조를 찾는데 사용된다.
• 소스 주소가 0.0.0.0 또는 255.255.255.255인 경우 ifaof_ifpforaddr는 수신 인터페이스와 연결된 첫 번째 IP 주소로 포인터를 반환한다.

 

Convert to reply

세 번째 박스 [269-270]

• icmp_type을 ICMP_MASKREPLY로 변경한다.
• icmp_mask에 위에서 저장한 ia→ia_sockmask.sin_addr.s_addr을 저장한다.

 

Select destination address

네 번째 박스 [271-276]

• 요청의 주소가 0이라면 조건문에 성립한다.
• 수신 인터페이스가 BROADCAST이면 ia_broadaddr로 응답한다.
• 수신 인터페이스가 POINTTOPOINT이면 ia_dstaddr로 응답한다.

 

Information Query: ICMP_IREQ and ICMP_IREQREPLY

• ICMP 정보 메시지는 더 이상 사용되지 않는다.
• 소스와 대상 주소 필드의 네트워크 부분에 0이 있는 요청을 broadcast하여 호스트가 연결된 IP네트워크의 수를 검색할 수 있도록 하기 위한 것이었다.
• 요청에 응답하는 호스트는 적절한 네트워크 번호가 채워진 메시지를 반환한다.
• 호스트가 주소의 호스트 부분을 검색하려면 다른 방법이 필요하다.
• 이유 : RARP와 BOTP가 주소 검색에 더 적합하기 때문에 호스트가 ICMP 정보 메 시지를 구현하지 않을 것을 권장한다.

Router Discovery: icmp_routeradvert and icmp_routersolicit

• RFC 1256은 ICMP 라우터 검색 메시지를 정의한다.
• Net/3 커널은 이러한 메시지를 직접 처리하지 않고 rip_input을 통해 메시지를 보내고 응답하는 user-level daemon으로 전달한다.

11.8 Redirect Processing

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Redirect란?

리다이렉트란 말 그대로 re(다시) + 지시하다(direct) 다시 지시하는 것을 말한다.

ex) 브라우저가 A URL을 웹 서버에 요청했다고 한다.
서버는 HTTP 응답 메시지를 통해 B URL로 다시 요청하라고 브라우저에게 다른 URL(길, 방향) 을 지시할 수 있는 것을 리다이렉트라 한다.

 

그림 11.26은 ICMP redirect 메시지의 형식을 보여준다.

• 패킷이 잘못된 라우터로 전송될 때 redirect 메시지가 도착한다.
• 라우터는 패킷을 올바른 라우터에 forward하고 시스템이 라우팅 테이블에 통합하는 ICMP redirect 메시지를 다시 보낸다.

Validate

첫 번째 박스 [283-290]

• icmp_code는 0-3이므로 code>3이면 인식할 수 없는 경우를 의미한다. 이때 badcode로 이동한다.
• 메시지 길이가 잘못되거나 IP패킷 헤더 길이가 잘못되면 switch문을 빠져나간다.
• ICMP_ADVLENMIN : ICMP 오류 메시지의 최소 크기 ICMP_ADVLEN : icp로 가리키는 패킷에 있을 수 있는 IP옵션을 포함한 ICMP 오류 메시지의 최소 크기이다.

두 번째 박스 [291-300]

• icmpgw : redirect 메시지의 소스주소 (메시지를 보낸 게이트웨이)
• icmpdst : 원래 패킷의 권장 라우터 (첫 번째 홉 대상)
• icmpsrc : 원본 패킷의 최종 대상

 

Update routes

세 번째 박스 [301-306]

• Net/3는 network redirect와 host redirect를 동일하게 취급한다.
• redirect 정보는 라우팅 테이블을 업데이트하는 rtredirect로 전달된다.
• redirect된 대상이 pfctlinput으로 전달되어 모든 사용자들에게 알린다.

 

11.9 Reply Processing

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• 커널은 ICMP 응답 메시지를 처리하지 않는다.
• ICMP request는 프로세스에 의해 생성되므로 커널은 ICMP 메시지를 기다리는 프로세스에 수신되는 reply를 전달한다.
• ICMP 라우터 discovery 메시지는 rip_input으로 전달된다.

첫 번째 박스 [307-322]

• 커널에서 ICMP 응답 메시지에 대한 작업이 필요하지 않으므로 raw 상태의 switch문 이후에 실행이 계속된다.
• switch문의 기본 사례(인식되지 않는 ICMP 메시지)도 원시 상태의 코드로 제어를 전달한다.

 

11.10 Output Processing

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그림 11.29는 ICMP출력처리 과정을 나타낸다.

11.11 icmp_error Function

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icmp_error함수는 IP 또는 전송 프로토콜의 요청에 따라 ICMP 오류 메시지를 생성하고 이를 icmp_reflect로 전달하여 유효하지 않은 데이터그램 소스로 반환한다.

 

첫 번째 박스 [46-57]

• n : argument (유효하지 않은 데이터그램을 포함하는 mbuf에 체인에 대한 포인터 )
• type, code : ICMP 오류type과 code 값
• dest : ICMP 리디렉션 메시지에 포함된 다음 홉 라우터 주소
• destifp : 원본 IP 패킷을 위한 송신 인터페이스에 대한 포인터

두 번째 박스 [58-75]

• redirect 메시지를 제외한 모든 ICMP 오류는 icps_error로 계산된다.
• Net/3는 redirect 메시지를 오류로 간주하지 않는다.
• IP_MF와 IP_DF로 표시되는 비트를 제외한 ip_off의 일부 비트는 0이 아니다.
• ICMP_INFOTYPE은 ICMP 요청 또는 응답 유형이면 true, 아니면 false를 반환한다.
• 데이터그램은 링크 계층 브로드캐스트 또는 멀티캐스트로 도착한다.

 

 

그림 11.31은 오류 메시지의 구성을 보여준다.

 

첫 번째 박스 [76-106]

• m_gethdr은 새 패킷 헤더 mbuf를 할당한다.
• MH_ALIGN은 mbuf의 데이터 포인터를 배치하여 ICMP 헤더, 유효하지 않은 데이터그램의 IP헤더, 유효하지 않은 데이터그램의 최대 8바이트가 mbuf 끝에 위치하도록 한다.
• icmp_type, icmp_code, icmp_gwaddr, icmp_pptr, icmp_nexymtu가 초기화 된다.

 

첫 번째 박스 [107-125]

• IP헤더, 옵션, 데이터가 잘못된 데이터그램에서 ICMP 오류 메시지로 복사된다.
• 헤더길이는 유효하지 않은 데이터그램의 ip_len에 다시 추가된다.
• 올바른 데이터그램 길이(ip_len), 헤더길이(ip_hl), 프로토콜(ip_p)을 복원하고 TOS 필드(ip_tos)를 지운다.

두 번째 박스 [126-129]

• 완성된 메시지는 icmp_reflect로 전달된다.
• 잘못된 데이터그램은 삭제된다.

 

11.12 icmp_reflect Function

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• ICMP_reflect는 ICMP 응답과 오류를 요청한 곳으로 다시 보내거나 잘못된 데이터그램으로 다시 보낸다.
• 전송하기 전에는 icmp_reflect는 데이터그램의 source와 목적지 주소를 반전시킨다.

 

그림 11.34는 ICMP 삭제와 주소 요약이다.

 

Set destination address

첫 번째 박스 [329-345]

• icmp_reflect는 ip_dst의 복사본을 만들고 ip_src(원본)로 이동하는 것으로 시작한다.
• icmp_error와 icmp_reflect는 ip_src가 오류메시지의 유효한 대상 조수인지 확인한다.
• ip_output은 브로드캐스트 주소로 전송된 모든 패킷을 삭제한다.

 

Select source address

두 번째 박스 [346-371]

• icmp_reflect는 in_ifaddr에서 메시지의 소스 주소를 선택한다.
• 일치하는 항목이 없으면 수신 인터페이스의 in_ifaddr 구조가 선택되거나 in_ifaddr의 첫 번째 주소가 선택된다.
• ip_src를 선택한 주소로 설정하고 오류가 새 데이터그램이기 때문에 ip_ttl을 255(MAXTTL)로 변경한다.

Get reversed source route

첫 번째 박스 [372-385]

• cp는 응답 선택사항의 시작을 기리킨다.
• ip_srcroute는 ipintr가 데이터그램을 처리할 때 저장된 소스 경로 옵션을 되돌리고 반환한다.
• ip_srcroute가 0을 반환하면 icmp_reflect는 mbuf를 할당하고 초기화하여 빈 ipoption구조로 이동한다.

Add record route and timestamp options

두 번째 박스 [386-416]

• mbuf를 가리키면 for문은 원래 IP헤더에서 옵션을 검색하고 레코드 경로와 타임스탬프 옵션을 ip_srcroute에 의해 반환되는 소스 경로에 추가한다.
• ICMP 메시지를 전송하기 전에 원래 헤더의 옵션을 제거해야한다.

Remove original options

첫 번째 박스 [417-429]

• icmp_reflect는 IP 헤더의 끝으로 ICMP 메시지를 이동하여 원래 요청에서 옵션을 제거한다.
• mbuf에 있는 새로운 옵션들을 opts에 의해 가리켜지며 ip_output에 의해 다시 삽입된다.

Send message and cleanup

두 번째 박스 [430-435]

• 브로드캐스트와 멀티캐스트 플래그는 icmp_send에 메시지와 옵션을 전달하기 전에 명시적으로 지워지며, 그 후에 옵션을 포함하는 mbuf가 해제된다.

 

11.13 icmp_send Function

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• icmp_send는 모든 송신 ICMP 메시지를 처리하고 IP 계층에 전달하기 전에 ICMP 체크섬을 계산한다.

첫 번째 박스 [440-457]

• Net/3는 mbuf 데이터 포인터와 길이를 조정하여 IP 헤더를 숨기고 in_cksum이 ICMP 메시지만 보도록 한다.
• 계산된 체크섬은 icmp_cksum의 헤더에 배치되고 데이터그램과 모든 옵션은 ip_output으로 전달된다.
• ICMP 계층은 경로 캐시를 유지하지 않으므로 icmp_send는 세 번째 인수를 null로 설정한다.
• icmp_send는 ip_output에 제어플래그를 전달하지 않으므로 네 번째 인수를 0으로 설정한다.

 

11.14 icmp_sysctl Function

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• IP에 대한 icmp_sysctl 함수는 단일옵션을 지원한다. (그림 11.41 참고)
• 시스템 관리자는 sysctl(8) 프로그램을 통해 옵션을 수정할 수 있다.

그림 11.40은 icmp_sysctl parameters를 나타냅니다.

첫 번째 박스 [467-478]

• 필요한 ICMP sysctl 이름이 없으면 ENOTDIR이 반환된다.

두 번째 박스 [479-486]

• ICMP 수준 아래에는 옵션이 없으므로 sysctl_int를 호출하여 icmpmaskrepl을 수정하거나 옵션이 인식되지 않으면 ENOPROTOOPT를 반환한다.

 

11.15 Summary

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• ICMP 프로토콜은 IP 전송계층으로 구현되지만 IP계층과 긴밀하게 통합된다.
• 커널이 ICMP 요청 메시지에 직접 응답하지만 오류와 응답 처리를 위한 적절한 전송 프로토콜이나 애플리케이션 프로그램에 전달한다.
• 커널은 ICMP 리디렉션 메시지가 도착하면 라우팅 데이블을 즉시 변경하지만 일반적으로 라우팅 darmon과 같은 대기 프로세스에도 redirect를 전달한다