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網絡小故事 16 · 入門

網絡醫生出診ICMP、Ping 與 Traceroute

上不了網時，怎樣找出問題出在哪一站？

主角：路路、小比、阿麥閱讀時間約 10 分鐘

ICMPPingTracerouteTTL

建議先讀：小故事 9「Router 與 Default Gateway」、小故事 12「Routing Table」

1. 故事

按「下一步」一步一步看。每一步都有一位角色出場，解釋自己正在做什麼。

序幕：溫習一下

第 1 步／共 12 步

小比的旅程

由阿麥去 example.com，我要經過家中路路、ISP Router 和互聯網上的 Router。每經過一部 Router，我背包上的 TTL（存活時間） 就減 1，減到 0 就會被丟棄。

動畫文字版（全部步驟）
  1. 序幕：溫習一下
  2. 小比的旅程　小比：由阿麥去 example.com，我要經過家中路路、ISP Router 和互聯網上的 Router。每經過一部 Router，我背包上的 TTL（存活時間） 就減 1，減到 0 就會被丟棄。
    • 詳細內容：小故事 9「走出家門」
  3. 第一幕：網絡醫生的聽筒
  4. 網頁打不開！　阿麥：我打不開 example.com！是我的 Wi-Fi 壞了？路路病了？ISP 出事？還是伺服器關了機？我完全不知道從何入手。
  5. ICMP：網絡的報告信　路路：別慌，讓我這位網絡醫生出診！我們 Router 和電腦之間，有一種專門用來報告和測試的訊息，叫 ICMP（互聯網控制訊息協定）。第一件工具：Ping。
    • Echo Request（回應請求）：「你在嗎？」
    • Echo Reply（回應回覆）：「我在！」
    • Time Exceeded（逾時）：「TTL 減到 0，封包丟棄了」
    • Destination Unreachable（目的地無法到達）：「此路不通」
  6. 先聽家中路路的心跳　小比：阿麥輸入 ping 192.168.1.1。我背著 Echo Request 去問路路：「你在嗎？」路路立即回覆 Echo Reply：「我在！」來回只用了 1 毫秒。
    • time=1.2 ms → 家中網絡正常
  7. 再聽伺服器的心跳　小比：接著 ping 192.0.2.80。這次我要走遠一點，但伺服器也回覆了！來回約 12 毫秒。網絡由頭到尾都是通的。
    • time=12.3 ms：Round-trip Time（來回時間）
    • ttl=61：回覆到達時剩下的 TTL
  8. 找到病因　路路：用 IP Address 可以到達，但 ping example.com 卻說找不到這個名字。病因在 DNS（網域名稱系統）！阿麥修正了 DNS 設定，網頁就打開了。
    • ① Ping 家中 Router：檢查家中網絡
    • ② Ping 互聯網上的 IP Address：檢查整條路
    • ③ Ping 網站名稱：檢查 DNS
  9. 第二幕：Traceroute 逐站點名
  10. 哪一站最慢？　阿麥：網頁打開了，但很慢。Ping 只告訴我「來回大約 180 毫秒」，卻不知道是哪一站拖慢了。有沒有辦法逐站點名？
  11. TTL ＝ 1　小比：Traceroute 出動！它故意把我的 TTL 設成 1。我一到家中路路，TTL 就減到 0，被丟棄了。路路用 ICMP 回覆 Time Exceeded：「我是第 1 站 192.168.1.1。」
  12. TTL ＝ 2　小比：這次 TTL 設成 2。經過路路剩 1，到 ISP Router 減到 0。ISP Router 回覆：「我是第 2 站 203.0.113.254。」
  13. TTL ＝ 3、4……　小比：TTL ＝ 3，互聯網 Router 192.0.2.1 回報自己是第 3 站。TTL ＝ 4，我終於到達伺服器，它回覆「到達了！」整條路線完整列出來了。
    • 1 192.168.1.1 1.2 ms
    • 2 203.0.113.254 6.8 ms
    • 3 192.0.2.1 180.5 ms ← 這一站開始變慢
    • 4 192.0.2.80 182.1 ms
  14. 沉默不等於生病　路路：有時某一站顯示 * * *，或者 Ping 一直逾時。可能只是那部設備或 Firewall（防火牆）設定成不回覆 ICMP，它其實運作正常。醫生要綜合多種檢查結果才下判斷！
  15. 總結：網絡醫生的工具箱　路路：Ping 測試「你在嗎？」和來回時間；Traceroute 利用 TTL 逐站點名，找出問題在哪一段。兩者都靠 ICMP 這種報告信。下次上不了網，你也可以做網絡醫生！

2. 問題在哪裡

由阿麥（192.168.1.10）到 example.com（192.0.2.80），小比要經過好幾站：家中路路、ISP（互聯網服務供應商）的 Router（路由器）、互聯網上的 Router，最後才到伺服器。（留意：192 開頭不一定是 Private，只有 192.168 開頭才是。）

網頁打不開時，瀏覽器只會顯示一句「無法連線」。可能出事的地方卻有很多：

  • 阿麥自己的 Wi-Fi（無線網絡）斷了？
  • 家中路路當機了？
  • ISP 的線路出了問題？
  • 伺服器關了機？
  • 還是 DNS（網域名稱系統）查不到名字？

不知道病因，就只能亂試一通：重新開機、拔線、打電話投訴……既費時，又未必有用。

3. 網絡怎樣解決

醫生看病，會先用聽筒聽心跳，再逐個部位檢查。

網絡也有自己的「聽筒」：ICMP（互聯網控制訊息協定），是 Router 和電腦之間專門用來報告錯誤和做測試的訊息。

靠 ICMP 回覆運作的兩件常用工具：

  • Ping：問對方「你在嗎？」，並量度來回要多久。
  • Traceroute：利用 TTL（存活時間），逐站點名，列出小比沿途經過的每一部 Router。

4. 看深一點

ICMP 常見的訊息

ICMP 訊息放在 IP 封包裡面傳送，每種訊息用一個 Type（類型）號碼分辨：

Type 名稱 意思
8 Echo Request（回應請求） 「你在嗎？」
0 Echo Reply（回應回覆） 「我在！」
11 Time Exceeded（逾時） 「TTL 減到 0，封包丟棄了。」
3 Destination Unreachable（目的地無法到達） 「此路不通。」

Ping：聽心跳

Ping 送出 Echo Request，對方回覆 Echo Reply。以下是 macOS／Linux 的例子（Windows 的格式略有不同，但內容一樣）：

$ ping 192.0.2.80
64 bytes from 192.0.2.80: icmp_seq=0 ttl=61 time=12.3 ms
64 bytes from 192.0.2.80: icmp_seq=1 ttl=61 time=12.1 ms
64 bytes from 192.0.2.80: icmp_seq=2 ttl=61 time=12.6 ms
  • time=12.3 ms：Round-trip Time（來回時間），即由送出到收到回覆的時間。
  • ttl=61：回覆到達阿麥時，背包上還剩下的 TTL。很多系統起始值是 64，所以這個回覆經過了 3 部 Router，下面 Traceroute 也會列出這 3 站。
  • 沒有回覆時，Windows 會顯示 Request timed out，macOS 會顯示 Request timeout for icmp_seq …，Linux 則完全沒有新的一行。

三步看病法

故事中阿麥按次序做了三次 Ping：

步驟 指令 結果 說明
① ping 192.168.1.1 成功，約 1 ms 家中網絡正常
② ping 192.0.2.80 成功，約 12 ms 整條路都是通的
③ ping example.com 找不到這個名字 病因在 DNS

由近至遠，每一步排除一個可能。用 IP Address（網絡位址）可以到達，用名字卻不行，問題多數就在 DNS。

Traceroute：逐站點名

每經過一部 Router，IP 封包的 TTL 就減 1；減到 0，那部 Router 會丟棄封包，並回覆 ICMP Time Exceeded。Traceroute 就是利用這一點：

  1. 送出 TTL ＝ 1 的封包 → 第 1 站（家中路路）回覆 Time Exceeded。
  2. 送出 TTL ＝ 2 的封包 → 第 2 站（ISP Router）回覆 Time Exceeded。
  3. 如此類推，直至封包到達目的地，目的地回覆「到達了」。

每一次回覆的寄件人，就是那一站的 IP Address。沿途每一站叫一個 Hop（躍點）。實際上，每一站通常會測試 3 次，所以每行有 3 個時間。

後來網頁雖然打開了，卻變得很慢。阿麥再執行 Traceroute：

$ traceroute 192.0.2.80
 1  192.168.1.1      1.2 ms    1.1 ms    1.3 ms
 2  203.0.113.254    6.8 ms    7.0 ms    6.9 ms
 3  192.0.2.1      180.5 ms  181.2 ms  179.8 ms
 4  192.0.2.80     182.1 ms  182.6 ms  181.9 ms

時間由第 3 站開始大增，而且之後一直維持在高位，代表第 2 站和第 3 站之間那一段變慢了。

不同電腦，不同指令

  • Windows：輸入 tracert，用 ICMP Echo Request 探路；到達目的地時，對方回覆 Echo Reply。
  • macOS／Linux：輸入 traceroute，預設用 UDP（用戶資料包協定）封包探路；到達目的地時，對方回覆 Destination Unreachable，表示「這個 Port（連接埠）沒有程式在用」，Traceroute 就知道已經到終點。

* * *：沉默不等於生病

某一站顯示 * * *，表示那一站 3 次都沒有回覆。原因可能是：

  • 那部 Router 或 Firewall（防火牆）設定成不回覆 ICMP；
  • Router 太忙，把回覆 ICMP 的工作放到最後。

如果後面的站仍然有回覆，那一站其實運作正常。只有「由某一站開始，之後全部都是 * * *」，才比較像是真的斷了線。

5. 動手試試

任務：做一次網絡醫生

  1. 打開「命令提示字元」（Windows）或「終端機」（macOS）。
  2. 輸入 ping 加上家中 Router 的位址（常見是 192.168.1.1 或 192.168.0.1）。Windows 預設送 4 次就停；macOS 會一直送，按 Ctrl ＋ C 停止。
  3. 再 Ping 一個你常去的網站名稱，比較兩次的 time。
  4. 最後輸入 tracert 網站名稱（Windows）或 traceroute 網站名稱（macOS），數一數由你家到那個網站經過了幾站。有沒有看到 * * *？

小互動

Traceroute 的正確次序

阿麥執行 traceroute。把找出第一、二站的五個步驟排好次序。

  1. 阿麥記下第 1 站是 192.168.1.1
  2. 送出 TTL ＝ 1 的封包
  3. ISP Router 把 TTL 減到 0，回覆 Time Exceeded
  4. 家中路路把 TTL 減到 0，丟棄封包並回覆 Time Exceeded
  5. 送出 TTL ＝ 2 的封包

6. 比喻的極限

  • Ping 不通，不代表對方「死了」。 很多伺服器和 Firewall 故意不回覆 Ping，但網頁照樣打得開。醫生聽不到心跳，可能只是病人穿了厚外套。
  • Ping 成功，也不代表網頁一定打得開。 Ping 只證明對方收到 ICMP；網頁用的是 TCP（傳輸控制協定）Port 443，那個服務可能已經停了。
  • Traceroute 看到的只是「一個方向」。 去程和回程可能走不同的路；而且每次探路的封包也可能走不同的路線，所以同一站有時會出現兩個不同的位址。
  • 中間一站慢，不一定是它的錯。 Router 通常會把回覆 ICMP 放到最低優先，所以某一站單獨變慢、之後各站卻正常，多數只是它懶得回覆，並不是真的塞車。
  • 網絡醫生只做檢查，不會治病。 Ping 和 Traceroute 只告訴你問題在哪一段；要修好，還是要找負責那一段的人，例如自己、ISP 或網站管理員。

7. 小測驗

第 1 題，共 3 題Ping 用的是哪一種訊息？
第 2 題，共 3 題Traceroute 怎樣找出沿途的第 2 站？
第 3 題，共 3 題ping 192.0.2.80 成功，但 ping example.com 失敗，問題最可能在哪裡？

8. 重點筆記

  • ICMP（互聯網控制訊息協定）是網絡的「報告信」，用來報告錯誤和做測試。
  • Ping 送出 Echo Request（Type 8），對方回覆 Echo Reply（Type 0），量度 Round-trip Time（來回時間）。
  • 由近至遠 Ping：家中 Router → 互聯網上的 IP Address → 網站名稱，可以逐步找出病因。
  • Traceroute 由 TTL ＝ 1 開始逐次加 1，每一站在 TTL 減到 0 時回覆 Time Exceeded（Type 11），列出整條路線；Windows 用 tracert，macOS／Linux 用 traceroute。
  • * * * 或 Ping 不通，可能只是對方不回覆 ICMP，要綜合多種檢查結果才下判斷。

延伸閱讀

有了 Ping 和 Traceroute，你已經可以替自己的網絡「看病」。不過，小比沿途經過那麼多站，背包裡的信會不會被人偷看，甚至被改掉？下一個故事，我們會看看 HTTPS 和 TLS（傳輸層安全）怎樣替信封口、蓋上火漆印。