python中的跟踪路由实现

Question

我一直试图为python编写一个简单的跟踪路由实现；请找到下面的代码。

import socket

def main (HostName):
    dest_addr = socket.gethostbyname(HostName)
    TTL = 1    #Define the time to live as 1. Will be incremented by one after each UDP message has been sent
    Max = 30



while True:
    ICMP_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP) #Create socket that can receive ICMP 
    UDP = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, socket.IPPROTO_UDP) #Create socket that will send UDP messages 
    UDP.setsockopt(0,4,TTL)
    
    
    
    ICMP_socket.bind(("",33434)) #33434 is the default port used for traceroute 
    message = "Hi" #The message we send is an empty string 
    UDP.sendto(message.encode(),(dest_addr, 33434))
    
   
    
    Receiver = (0,"")
    Router_addr = None
    
    
    try:
        Receiver = ICMP_socket.recvfrom(1024)
        Router_addr = Receiver[1]
        if Router_addr == None:
            print("*")
        else:
            print(Router_addr)
    except:
        pass
    finally:
        ICMP_socket.close()
        UDP.close()
    
    TTL = TTL + 1
    
    if Router_addr == dest_addr or TTL == Max:
        break
    
    
if __name__ =="__main__":
    main('google.com')

我使用sudo在我的macOS终端上运行它，因为它需要根权限。然而，我得到的输出似乎是错误的。第一个ip是我的本地IP，第二个是我不知道的IP，其余的都是google的IP。它没有输出中间It，只有在达到TTL限制为30时才会中断。

这是输出(我删除了第一个Ip地址，即本地IP地址)：

('172.30.224.110', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)
('172.217.19.46', 0)

有人能帮忙吗？我似乎找不到这个问题。

谢谢!

Answer 1

为什么程序不停止

当程序“到达”目的地时，程序不会停止，因为您忽略了address (您称之为Router_addr )，因为AF_INET是一个tuple (参见文档中的“套接字家族”)。问题中包含的输出(这是print(Router_addr)的结果)也可以看出这一点。

如果您将if Router_addr == dest_addr or TTL == Max:更新为如下所示，您的程序将停止。

if Router_addr[0] == dest_addr or TTL == Max:

输出显示了什么

我不知道你的网络拓扑结构，你是如何到达互联网的，特别是谷歌。从您在输出中所描述和看到的内容来看。

• 172.30.224.110是提供商的路由器的内部接口(很可能)的私有IP地址；请记住，响应是从与您“更近”的接口发送到您的计算机的，而不是“更接近”因特网的响应(正如您提到的，您不承认此IP地址属于您的主机、大学路由器/网络)。
• 在google IP地址(172.217.19.46)和上面的路由器之间可能没有多个跳；例如，如果google的服务器位于提供商的网络上(对于大型内容提供商和CDN来说，实现高性能的大眼球提供商的高性能的一种非常常见的做法)；在我的机器上，我看到多个跳到google运行您的程序(也许您想要检查另一个目的地)
• 最不清楚的是为什么您在第一行看到计算机的IP地址；这可能是因为您正在使用Mac作为路由器(可能用于因特网共享)或采用涉及转发(因此第一个路由器就是您的机器)的“奇怪”配置；我在这里假设，当您谈论本地IP地址时，您并不是指回送IP地址(否则请阅读下面)。

为什么输出中的回送地址

如果您在路径中看到的某些网络主机(可能包括您的第一跳)是回送IP地址，而不是您发送数据包的地址，那么原因是下面的片段(以及后台发生了什么)：

if Router_addr == None:
    print("*")

当网络节点没有响应时，socket.recvfrom()返回('127.0.0.1', 0)，而不是None。这是因为对于UDP，ICMP Destination Unreachable (类型3) Port Unreachable (代码3)是由localhost生成的，而在目标端口没有监听的情况下。顺便说一句，这就是为什么ICMP_socket.recvfrom(1024)没有被阻塞的原因。

您修改过的程序，稍加修改，以打印TTL和ICMP类型和代码，给出(见， )。

$ sudo python3 trorig.py
('192.168.178.1', 0) TTL: [1] type: [11] code: [0]
('62.245.142.131', 0) TTL: [2] type: [11] code: [0]
('62.245.142.130', 0) TTL: [3] type: [11] code: [0]
('82.135.16.226', 0) TTL: [4] type: [11] code: [0]
('142.250.161.214', 0) TTL: [5] type: [11] code: [0]
('127.0.0.1', 0) TTL: [6] type: [3] code: [3]       
('172.253.75.128', 0) TTL: [7] type: [11] code: [0]
('172.253.75.143', 0) TTL: [8] type: [11] code: [0]
('74.125.244.81', 0) TTL: [9] type: [11] code: [0]
('172.253.75.141', 0) TTL: [10] type: [11] code: [0]
('172.217.23.78', 0) TTL: [11] type: [3] code: [3]

相应的tcpdump输出为(注意，无响应的网络主机没有行，142.250.161.214后面跟着172.253.75.128，)：

$ sudo tcpdump -i en0 -nnn icmp      
Password:
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on en0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:30:45.720700 IP 192.168.178.1 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:45.740808 IP 62.245.142.131 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:45.761857 IP 62.245.142.130 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 36
14:30:45.782603 IP 82.135.16.226 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 36
14:30:45.803874 IP 142.250.161.214 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:53.454002 IP 172.253.75.128 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 76
14:30:53.476512 IP 172.253.75.143 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:53.496455 IP 74.125.244.81 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:53.519329 IP 172.253.75.141 > 192.168.178.20: ICMP time exceeded in-transit, length 38
14:30:53.541726 IP 172.217.23.78 > 192.168.178.20: ICMP 172.217.23.78 udp port 33434 unreachable, length 36

相应的traceroute输出是(与上面的路径相比有一些不同，因为没有同时运行它，但问题仍然是，TTL: 6的网络主机是没有响应的)：

$ traceroute -n google.com
traceroute to google.com (172.217.23.78), 64 hops max, 52 byte packets
 1  192.168.178.1  8.694 ms  2.893 ms  3.095 ms
 2  62.245.142.131  17.545 ms  17.361 ms  19.010 ms
 3  62.245.142.130  25.948 ms  20.302 ms  26.077 ms
 4  82.135.16.226  20.418 ms  19.967 ms  21.411 ms
 5  142.250.161.214  29.145 ms  25.573 ms  19.979 ms
 6  * * *
 7  108.170.247.113  26.875 ms
    172.253.75.146  21.736 ms
    108.170.247.113  21.987 ms
 8  172.253.75.143  22.435 ms
    172.253.75.141  20.617 ms
    108.170.247.120  21.670 ms
 9  172.217.23.78  19.538 ms
    74.125.244.97  18.503 ms
    74.125.244.81  18.907 ms

因此，您检查无响应网络主机的方式是不正确的。您可能希望将其更新为如下所示：

if Router_addr == ('127.0.0.1', 0) :
    print("*")

最后两点您可能需要考虑：

• 如上文所示，并不是每个主机(或网络)都会返回响应，响应可能会丢失或丢弃。您可能希望在放弃并声明网络主机没有响应之前，在ICMP_socket.recvfrom(1024)中等待多长时间的超时时间。你可以看看socket.SO_RCVTIMEO。
• 如上文所示，在一个给定的TTL上，可能有多个网络主机远离您的计算机到达目的地。您可能需要考虑发送多个数据包来发现它们(如果它们是可发现的)。

编辑(回答下面的评论)：原始代码需要一些小的修改才能没有问题地运行；下面是更新和增强的代码

import socket
import struct

def main (HostName):
    dest_addr = socket.gethostbyname(HostName)
    TTL = 1    
    Max = 30

    while True:
        ICMP_socket = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_ICMP) 
        ICMP_socket.bind(("",33434))

        UDP = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, socket.IPPROTO_UDP)    
        UDP.setsockopt(0,4,TTL)
        message = "Hi" 
        UDP.sendto(message.encode(),(dest_addr, 33434))

        Router_addr = None
        try:
            Data, Router_addr = ICMP_socket.recvfrom(1024)
            ICMP_header = Data[20:28] 
            type_, code, *_ = struct.unpack('bbHHh', ICMP_header)                      

            if Router_addr == ('127.0.0.1', 0) :
                print(f"* TTL: [{TTL}] type: [{type_}] code: [{code}]")
            else:
                print(f"{Router_addr} TTL: [{TTL}] type: [{type_}] code: [{code}]")
        except Exception as e:
            print(e)
        finally:
            ICMP_socket.close()
            UDP.close()
        
        TTL = TTL + 1
        
        if Router_addr[0] == dest_addr or TTL == Max:
            break
    
if __name__ =="__main__":
    main('google.com')