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在7.3节中,我们描述了IP记录路由选项(RR)。为什么不使用这个选项而另外开发一个新的应用程序?有三个方面的原因。首先,原先并不是所有的路由器都支持记录路由选项,因此该选项在某些路径上不能使用(Traceroute程序不需要中间路由器具备任何特殊的或可选的功能)。 其次,记录路由一般是单向的选项。发送端设置了该选项,那么接收端不得不从收到的IP首部中提取出所有的信息,然后全部返回给发送端。在7.3节中,我们看到大多数Ping服务器的实现(内核中的ICMP回显应答功能)把接收到的RR清单返回,但是这样使得记录下来的IP地址翻了一番(一来一回)。这样做会受到一些限制,这一点我们在下一段讨论(Traceroute程序只需要目的端运行一个UDP模块—其他不需要任何特殊的服务器应用程序)。 最后一个原因也是最主要的原因是,IP首部中留给选项的空间有限,不能存放当前大多数的路径。在IP首部选项字段中最多只能存放9个IP地址。在原先的ARPANET中这是足够的,但是对现在来说是远远不够的。 Traceroute程序使用ICMP报文和IP首部中的TTL字段(生存周期)。TTL字段是由发送端初始设置一个8 bit字段。推荐的初始值由分配数字RFC指定,当前值为64。较老版本的系统经常初始化为15或32。我们从第7章中的一些ping程序例子中可以看出,发送ICMP回显应答时经常把TTL设为最大值255。 每个处理数据报的路由器都需要把TTL的值减1或减去数据报在路由器中停留的秒数。由于大多数的路由器转发数据报的时延都小于1秒钟,因此TTL最终成为一个跳站的计数器,所经过的每个路由器都将其值减1。 RFC 1009 [Braden and Postel 1987]指出,如果路由器转发数据报的时延超过1秒,那么它将把TTL值减去所消耗的时间(秒数)。但很少有路由器这么实现。新的路由器需求文档RFC [Almquist 1993]为此指定它为可选择功能,允许把TTL看成一个跳站计数器。 TTL字段的目的是防止数据报在选路时无休止地在网络中流动。例如,当路由器瘫痪或者两个路由器之间的连接丢失时,选路协议有时会去检测丢失的路由并一直进行下去。在这段时间内,数据报可能在循环回路被终止。TTL字段就是在这些循环传递的数据报上加上一个生存上限。 当路由器收到一份IP数据报,如果其TTL字段是0或1,则路由器不转发该数据报(接收到这种数据报的目的主机可以将它交给应用程序,这是因为不需要转发该数据报。但是在通常情况下,系统不应该接收TTL字段为0的数据报)。相反,路由器将该数据报丢弃,并给信源机发一份ICMP“超时”信息。Traceroute程序的关键在于包含这份ICMP信息的IP报文的信源地址是该路由器的IP地址。 我们现在可以猜想一下Traceroute程序的操作过程。它发送一份TTL字段为1的IP数据报给目的主机。处理这份数据报的第一个路由器将TTL值减1,丢弃该数据报,并发回一份超时ICMP报文。这样就得到了该路径中的第一个路由器的地址。然后Traceroute程序发送一份TTL值为2的数据报,这样我们就可以得到第二个路由器的地址。继续这个过程直至该数据报到达目的主机。但是目的主机哪怕接收到TTL值为1的IP数据报,也不会丢弃该数据报并产生一份超时ICMP报文,这是因为数据报已经到达其最终目的地。那么我们该如何判断是否已经到达目的主机了呢? Traceroute程序发送一份UDP数据报给目的主机,但它选择一个不可能的值作为UDP端口号(大于30000),使目的主机的任何一个应用程序都不可能使用该端口。因为,当该数据报到达时,将使目的主机的UDP模块产生一份“端口不可达”错误(见6.5节)的ICMP报文。 这样,Traceroute程序所要做的就是区分接收到的ICMP报文是超时还是端口不可达,以判断什么时候结束。 Traceroute程序必须可以为发送的数据报设置TTL字段。并非所有与TCP/IP接口的程序都支持这项功能,同时并非所有的实现都支持这项能力,但目前大部分系统都支持这项功能,并可以运行Traceroute程序。这个程序界面通常要求用户具有超级用户权限,这意味着它可能需要特殊的权限以在你的主机上运行该程序。