tracert 命令与基于 Go 的简单实现

在网络诊断中，我们常常需要了解数据包从源主机到目标主机所经过的路径，以便定位网络问题。Windows 下的 tracert 就是一种常用的工具，它通过发送一系列带有特殊 TTL（Time To Live）值的 ICMP 数据包，并分析返回的 ICMP 报文，逐步揭示数据包途径的每一个路由器或网关，以及每个节点的响应时间和丢包情况，帮助我们诊断网络延迟和连接问题。

步骤

1. 发送 ICMP Echo Request 数据包： tracert 程序会向目标主机发送一系列 ICMP Echo Request (ping) 数据包。
2. 设置递增的 TTL 值： 对于每个数据包，tracert 会将 IP 头部的 TTL 字段设置为一个递增的值，通常从 1 开始。
3. 路由器递减 TTL： 当数据包经过网络上的每个路由器时，路由器会将 TTL 值减 1。
4. TTL 到达 0： 当 TTL 值达到 0 时，路由器会丢弃该数据包，并向发送方发送一个 ICMP Time Exceeded (类型 11，代码 0) 消息。
5. ICMP Time Exceeded 消息包含路由器信息： 这个 ICMP Time Exceeded 消息包含了丢弃数据包的路由器的 IP 地址。
6. tracert 记录路由器信息： tracert 程序会接收 ICMP Time Exceeded 消息，并记录下该路由器的 IP 地址和往返时间 (RTT)。
7. 重复步骤 1-6，直到到达目标主机： tracert 会不断增加 TTL 值，并重复发送数据包，直到其中一个数据包到达目标主机。
8. 目标主机回应 ICMP Echo Reply： 当数据包到达目标主机时，目标主机将回应一个 ICMP Echo Reply (类型 0，代码 0) 消息。
9. tracert 结束： tracert 程序接收到 ICMP Echo Reply 消息后，就知道已经到达目标主机，并结束追踪过程。

基于 Go 的 tracert 命令简单实现

这里使用了 golang.org/x/net/icmp 扩展库。

func Tracert(addr string) error {
    timeout := time.Second * 10

    conn, err := icmp.ListenPacket("ip4:icmp", "0.0.0.0")
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("error listening for ICMP packets: %w", err)
    }
    defer conn.Close()

    destinationAddress, err := net.ResolveIPAddr("ip4", addr)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("error resolving hostname: %w", err)
    }
    fmt.Printf("Traceroute to '%s' [%s]\n", addr, destinationAddress.IP)

    message := icmp.Message{
        Type: ipv4.ICMPTypeEcho,
        Code: 0,
        Body: &icmp.Echo{
            ID:   os.Getpid() & 0xffff,
            Data: []byte("hello"),
        },
    }

    for ttl := 1; ttl <= 30; ttl++ {
        fmt.Printf("%d  ", ttl)

        message.Body.(*icmp.Echo).Seq = ttl

        messageBytes, err := message.Marshal(nil)
        if err != nil {
            return fmt.Errorf("error marshaling ICMP message: %w", err)
        }

        if err := conn.IPv4PacketConn().SetTTL(ttl); err != nil {
            return fmt.Errorf("error setting TTL: %w", err)
        }

        start := time.Now()
        if _, err := conn.WriteTo(messageBytes, destinationAddress); err != nil {
            return fmt.Errorf("error sending ICMP packet: %w", err)
        }

        responseBytes := make([]byte, 1500)
        conn.SetReadDeadline(time.Now().Add(timeout))
        n, remoteAddress, err := conn.ReadFrom(responseBytes)
        if err != nil {
            if neterr, ok := err.(net.Error); ok && neterr.Timeout() {
                fmt.Println("* (Timeout)")
            } else {
                fmt.Println("* (Error)")
            }
            continue
        }

        duration := time.Since(start)
        responseMessage, err := icmp.ParseMessage(ipv4.ICMPTypeEchoReply.Protocol(), responseBytes[:n])
        if err != nil {
            return fmt.Errorf("error parsing ICMP message: %w", err)
        }

        switch responseMessage.Type {
        case ipv4.ICMPTypeTimeExceeded:
            fmt.Printf("%v  %v ms\n", remoteAddress, duration.Milliseconds())
        case ipv4.ICMPTypeEchoReply:
            fmt.Printf("%v  %v ms\n", remoteAddress, duration.Milliseconds())
            fmt.Println("Traceroute Complete.")
            return nil
        default:
            return fmt.Errorf("unexpected ICMP message type: %v, code: %v", responseMessage.Type, responseMessage.Code)
        }
    }

    return nil
}

参考

使用 Go 实现 traceroute 工具