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  1. 2009.10.29 ICMP
2009.10.29 16:18

ICMP 프로그래밍

윤 상배

dreamyun@yahoo.co.kr



1절. 소개

이문서는 실제로 ICMP 를 어떻게 이용할수 있는지에 대한 내용을 담고 있다. 간단한 ICMP 프로토콜에 대한 개요를 설명한후에 socket 를 이용해서 어떻게 ICMP 프로토콜의 사용이 가능한지에 대해서 얘기하게 될것이다.

이 문서는 여러분이 네트웍 프로토콜들과 TCP/IP 4계층과 socket 프로그래밍 환경에 대한 기본적인 이해를 하고 있다는 가정하에 만들어 졌다. 이들 내용은 이 사이트에서 여러개의 문서에 걸쳐서 다루고 있다. 네트웍 프로그래밍 섹션과 TCP/IP 섹션의 문서들을 참고하기 바란다.


2절. ICMP 프로토콜에 대해서

2.1절. ICMP 의 사용목적

ICMP 는 Inernet Control Message Protocol 의 줄임말이다. ICMP 프로토콜은 보통 다른 호스트나 게이트웨이 와 연결된 네트웍에 문제가 있는지 확인하기 위한 목적으로 주로 사용된다.

ICMP 를 이용한 가장 유명한 프로그램으로는 ping 프로그램이 있다. 우리는 ping 프로그램을 애용해서 특정한 게이트웨이, 호스트, 라우터 등이 제대로 작동을 하고 있는지 등을 조사하며, ICMP 요청에 대한 응답시간을 검사 함으로써 네트웍 상태도 어느정도 확인할수 있다.


2.2절. ICMP 프로토콜의 구조

ICMP 메시지는 기본적으로 IP header 를 이용해서 보내어진다. IP header 정보를 보면 (IP 자세히보기 를 참조하라), 9번째 필드가 protocol 을 위해서 사용되고 있음을 알수 있을것이다. ICMP protocol 을 위해서는 "1" 을 사용한다.

ICMP 는 다음과 같은 구조를 가진다. 첫번째 32 비트까지가 ICMP 헤더이며, 나머지부분은 ICMP 데이타이다. 이 데이타 영역은 ICMP의 어떤 기능을 이용할것이냐에 따라 다르게 설정될수 있다.

 0                                           31
 +------------+-------------+-----------------+
 | Type       | Code        | CheckSum        | 
 +------------+-------------+-----------------+
 | 가변 데이타                                |
 |                                            | 
			
Type 필드에는 ICMP 오류 메시지의 종류를 식별하는 코드가 채워진다. Code 는 각 Type 종류에 대한 자세한 오류의 유형을 알려주기 위해서 사용된다. 이 Type 에는 다음과 같은 종류가 있다.

표 1. ICMP Type 필드 유형

0 icmp echo replay icmp 요청에 대한 icmp 응답
3 Destination Unreachable Message 수신지까지 메시지가 도착할수 없음
4 Source Quench Message 송신지 억제
5 Redirect Message 재지시
8 icmp echo request 목적지 호스트에 ICMP 응답을 요청한다
11 Time Exceeded Message 데이타그램 시간초과(TTL 초과)
12 Parameter Problem Message 데이타그램에서의 파라메타 문제
13,14 Timestamp or Timestamp Reply Message 13:시간기록요청, 14:시간기록응답

Code 필드는 위에서 말했듯이 Type 에 따라 각각 다른 값을 가진다. 예를들어서 Type 3 번에 Code 0 번이 발생했을경우에는 오류 메시지 종류는 "수신지까지 메시지가 도착할수 없음" 이며, 그 이유는 Redirect datagrams for the Network, 즉 "네트웍을 획술할수 없음"이 된다. 이문서에서는 각 ICMP Type 에 따른 Code 까지 설명하진 않겠다. 이에 대한 자세한 내용은 rfc729를 참고하기 바란다.


3절. ICMP 프로그래밍

그럼 이제 ICMP 를 이용해서 실제 프로그래밍을 해보도록 하겠다.

ICMP 응답을 위해서 전송해야할 ICMP 헤더정보는 다음과 같다(rfc 문서에 정의되어 있음).

    0                   1                   2                   3
    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |     Type      |     Code      |          Checksum             |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |           Identifier          |        Sequence Number        |
   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
   |     Data ...
   +-+-+-+-+-
		
그러므로 우리는 Type, Code, Checksum, Identfier, Sequence Number 를 채워서 완전한 ICMP 패킷을 만들어줘야 한다. Type 는 8번이 될것이고, Code 는 0, Checksum, Identifier, Sequence Number 은 적당히 만들어줘서 채워주면 될것이다. Identifier 와 Sequence Number 는 내가 보낸 ICMP 응답에 대한 메시지인지를 확인하기 위한 목적으로 사용한다. 만약 내가 Identifier 를 120 으로 세팅해서 보냈다면, 수신된 ICMP 메시지의 Identifer 이 120인지를 확인함으로써, 내가 보낸 ICMP 요청에 대한 응답인지를 확인가능하다. 여기에 Sequence Number 를 이용함으로써, 패킷의 일련번호까지 확인할수 있다.

그럼 실제 프로그래밍 과정을 통해서 확인해 보도록 하자. 일단 socket 를 만들때 RAW 소켓(생소켓 혹은 날소켓이라고도 한다). ICMP 는 IP 와 같은 계층에 있음으로 TCP/UDP 소켓을 이용한 접근은 불가능하기 때문이다. 어쩔수 없이 RAW 소켓을 이용해서 직접 ICMP 헤더를 고쳐주어야 한다.

icmp 헤더를 세팅하는건 icmp 구조체에 필요한 값을 써줌으로써 간단히 해결할수 있다. icmp 헤더구조체는 /usr/include/netinet/ip_icmp.h 에 선언되어 있다. 구조체를 보면 상당히 많은 다양한 멤버 변수들을 가지고 있는데, 우리는 이들 값중 Type, Code, Checksum, Identifier, Sequence Number 만을 사용하면된다. 이들을 가르키는 멤버변수는 각각 icmp_type, icmp_code, icmp_id, icmp_seq 이다.

예제 : icmp_echo.c

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

int in_cksum(u_short *p, int n);

int main(int argc, char **argv)
{
    int icmp_socket;
    int ret;
    struct icmp *p, *rp;
    struct sockaddr_in addr, from;
    struct ip *ip;
    char buffer[1024];
    int sl;
    int hlen;
    int ping_pkt_size;

    icmp_socket = socket(AF_INET, SOCK_RAW, IPPROTO_ICMP);
    if(icmp_socket < 0)
    {
        perror("socket error : ");
        exit(0);
    }

    memset(buffer, 0x00, 1024);

    p = (struct icmp *)buffer;
    p->icmp_type=ICMP_ECHO;
    p->icmp_code=0;
    p->icmp_cksum=0;
    p->icmp_seq=15;
    p->icmp_id=getpid();

    p->icmp_cksum = in_cksum((u_short *)p, 1000);
    memset(&addr, 0, sizeof(0));
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    addr.sin_family = AF_INET;


    ret=sendto(icmp_socket,p,sizeof(*p),MSG_DONTWAIT,(struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret< 0)
    {
        perror("sendto error : ");
    }

    sl=sizeof(from);
    ret = recvfrom(icmp_socket,buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&from, &sl);  
    if (ret < 0)
    {
        printf("%d %d %d\n", ret, errno, EAGAIN);
        perror("recvfrom error : ");
    }

    ip = (struct ip *)buffer;
    hlen = ip->ip_hl*4;
    rp = (struct icmp *)(buffer+hlen);
    printf("reply from %s\n", inet_ntoa(from.sin_addr));
    printf("Type : %d \n", rp->icmp_type);
    printf("Code : %d \n", rp->icmp_code);
    printf("Seq  : %d \n", rp->icmp_seq);
    printf("Iden : %d \n", rp->icmp_id);
    return 1;
}

int in_cksum( u_short *p, int n )
{
    register u_short answer;
    register long sum = 0;
    u_short odd_byte = 0;

    while( n > 1 )
    {
        sum += *p++;
        n -= 2;
    
    }/* WHILE */


    /* mop up an odd byte, if necessary */
    if( n == 1 )
    {
        *( u_char* )( &odd_byte ) = *( u_char* )p;
        sum += odd_byte;
    
    }/* IF */

    sum = ( sum >> 16 ) + ( sum & 0xffff );    /* add hi 16 to low 16 */
    sum += ( sum >> 16 );                    /* add carry */
    answer = ~sum;                            /* ones-complement, truncate*/
    
    return ( answer );

} /* in_cksum() */
		
in_cksum 함수는 다른 ICMP 를 이용하는 프로그램에서 공통적으로 사용된다. checksum 을 만들기 위한 알고리즘 정도로 생각하면 될것 같다. 실제로 ping, aping, fping 등의 관련 어플리케이션에서 사용되어지고 있다.

이제 위의 코드를 컴파일한후 테스트를 해보자.

[root@local ping]# ./icmp_echo 66.218.71.89
reply from 66.218.71.89
Type : 0 
Code : 0 
Seq  : 15 
Iden : 2323
		
ICMP ECHO REPLY(Type 0) 로 ICMP ECHO(Type 8) 에 대한 응답이 왔음을 알수 있다. 또한 Seq과 Iden값을 이용해서 icmp_echo 가 보낸 어플리케이션의 ICMP ECHO 에 대한 응답임을 알수 있다.

심심한데? tcpdump 를 이용해서 실제 패킷이 어떻게 이동하는지 알아보자. 아래는 위의 결과를 tcpdump 한 화면이다. -x 는 16진수 코드로 출력받기 원할때 사용하는 옵션이다.

[root@coco ping]# tcpdump icmp -x
11:08:00.763994 eth0 > localhost > w10.scd.yahoo.com: icmp: echo request (DF)
                         4500 0030 0000 4000 4001 8b6f c0a8 6482
                         42da 4759 0800 d5f6 1309 0f00 0000 0000
                         0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
11:08:00.933994 eth0 < w10.scd.yahoo.com > localhost: icmp: echo reply (DF)
                         4500 0030 8352 4000 3501 131d 42da 4759
                         c0a8 6482 0000 ddf6 1309 0f00 0000 0000
                         0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
...
		
위의 dump 화면에서 하나의 문자는 4비트를 나타낸다. 위의 dump 를 간단히 분석해 보자면 4500 ~ 4759 까지가 TCP 헤더이고, 나머지 부분이 ICMP 헤더+데이타 부분임을 알수 있다(IP표준 헤더의 크기는 160 bit 임으로). ICMP 헤더부분은 0800 에서 d5f6 까지의 부분이며(ICMP 표준 헤더크기는 32 bit 임으로), 1309 이하가 ICMP 데이타 부분임을 알수 있다.

또한 우리는 IP 의 버전이 4 이고 프로토콜이 1을 사용하고 있음을 알수 있다. IP 헤더의 처음 4비트가 Version 정보를 나타내므로 4500 의 4가 version 정보, 5가 IHL정보 임을 알수 있다. 이런식으로 찾아보면 protocol 정보가 72bit 후에 존재하고 8bit 크기를 가짐으로 dump 의 5번째 값인 4001 의 01 임을 알수 있다. 그러므로 40 은 TTL 임을 알수 있을것이다. 또한 source address 는 c0a8 6482 destination address 는 42da 4759 임을 유추해 낼수 있을것이다(IPv4 의 주소체계에서 주소는 32비트 크기를 가짐으로). IP헤더 정보는 IP 자세히보기 를 참조하기 바란다.

그럼 ICMP 를 분석해보도록 하자. Type와 Code 는 각각 8bit 크기를 가짐으로 0800 이 Type 와 Code 를 가리킴을 알수있다. d5f6 는 cheksum 이며 1309 가 바로 Identifier 이다. 1309 가 정말로 우리가 입력한 Identifier 번호인 2323 인지 확인해보길 원한다면 10 진수를 16진수로 변환 가능한 계산기를 이용해서 계산해 보면된다. 0f 는 우리가 입력한 Sequence Number 15 임을 알수 있다.

w10.scd.yahoo.com 에서 넘어온 ICMP ECHO REPLAY dump 화면의 Identifier 과 Sequence Number 가 일치함을 알수 있다. 그러므로 우리는 해당 ICMP ECHO REPLAY 패킷이 우리가 전송한 ICMP ECHO에 대한 응답 패킷임을 알수 있다.

위 프로그램은 ICMP ECHO 체크를 위한 최소한의 기능만을 가지고 있다. 만약에 ICMP REPLAY 가 되지 않는 IP에 대해서는 계속 블럭된 상태로 있게 될것이다. 이럴때는 기다리는 시간을 체크하는 방법등을 이용해서 체크를 해주어야 할것이다.



출처 : http://joinc.co.kr/modules.php?name=News&file=article&sid=73&mode=nested

Posted by 두장
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