ICMP Ping で Hello, world! Raspberry Pi 編 - ボクにもわかる電子工作のブログ

ICMP Ping

Pingコマンドは、「ping IPアドレス⏎」のように入力して、ネットワークの動作確認に良く使用します。下図は Ping コマンドの実行例です。

pi@raspberrypi:~/ping $ ping 192.168.1.1 ⏎
PING 192.168.1.1 (192.168.1.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.921 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.758 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.613 ms

このPingには、ICMP (Internet Control Message Protocol)と呼ばれるIP上で動作するプロトコルが使われています。

また、上記の例の「56(84) bytes of data」から推測できるように 56 バイトのデータを送信しています。

Ping コマンドの送信データ

まずは、Pingコマンドの送信データの内容を見てみましょう。下図は、筆者が作成した icmp_logger.py で Ping を受信した時のようすです。下の方の ICMP Data の部分に、16進数で 56バイトのデータが得られていることが分かります。

pi@raspberrypi:~/ping $ sudo ./icmp_logger.py ⏎
ICMP Logger
Usage: sudo ./icmp_logger.py
Listening ICMP...
Date        = 2023/04/08 15:03:59
ICMP RX(40) = 08 00 f5 13 00 04 00 01
IP Version  = v4
IP Header   = 20
IP Length   = 84
Protocol    = 0x01
Source      = 127.0.0.1
Destination = 127.0.0.1
ICMP Length = 64
ICMP Type   = 08
ICMP Code   = 00
Checksum    = Passed
Identifier  = 0004
Sequence N  = 0001
ICMP Data   = cf 03 31 64 00 00 00 00
              42 ac 01 00 00 00 00 00
              10 11 12 13 14 15 16 17
              18 19 1a 1b 1c 1d 1e 1f
              20 21 22 23 24 25 26 27
              28 29 2a 2b 2c 2d 2e 2f
              30 31 32 33 34 35 36 37

このパケットは、全長(IP Length)が84バイト、IPヘッダを除くICMPデータ長(ICMP Length)が64バイトで構成されています。また、ICMPヘッダは、ICMP RX(40)の部分に書かれている8バイトです。

ICMP パケットの一例。送信データ56バイトの時の全長(IP Length)は84バイト

ICMP Data データの長さや内容は、OSによって異なります。また、Ping コマンドでデータの長さや内容を変更することも出来ます。

ICMP で Hello, world!

それでは、 ICMP を使って、Hello, world! を送信し、それを受信してみましょう。

ここでは、1台のRaspberry Pi で送信側と受信側の両方を実験します。下図のように LXTerminalを2つ開き、左側を送信用（リクエスト側）、右側を受信（応答側）として実験を行う方法について説明します。

LXTerminalを2つ開き、左側を送信用（リクエスト側）、右側を受信（応答側）として、実験したときのようす

受信の準備

はじめに、筆者が作成した Python 用のプログラムを下記の git clone コマンドでダウンロードし、前述の icmp_logger.py を実行します。これで、受信の準備が出来ました。

pi@raspberrypi:~ $ git clone https://bokunimo.net/git/ping ⏎
pi@raspberrypi:~ $ cd ping ⏎
pi@raspberrypi:~/ping $ sudo ./icmp_logger.py ⏎

Hello, world! 送信

いよいよ Hello, world! の送信です。受信側とは異なる別の LXTerminal を開き、icmp_sender.py を下記の実行します。

pi@raspberrypi:~ $ cd ~/ping ⏎
pi@raspberrypi:~/ping $ sudo ./icmp_sender.py Hello, world! ⏎

Hello, world! 受信結果

受信に成功すると、元の icmp_logger.py の画面に、Hello, world! が表示されます。

下図は受信結果の一例です。

Date        = 2023/04/08 15:35:04
ICMP RX(15) = 08 00 0a 93 a1 08 0b 18
IP Version  = v4
IP Header   = 20
IP Length   = 41
Protocol    = 0x01
Source      = 127.0.0.1
Destination = 127.0.0.1
ICMP Length = 21
ICMP Type   = 08
ICMP Code   = 00
Checksum    = Passed
Identifier  = a108
Sequence N  = 0b18
ICMP Data   = Hello, world!

icmp_logger.py 画面には、ICMP Typeが08と00の2つの受信結果が表示されたと思います。ICMP Type の08は、Pingのリクエストで、00はその応答です。

Ping 応答

icmp_logger.py の画面に ICMP Type 00 の応答が含まれていますが、icmp_logger.py にPingの応答機能は実装されていません。この応答は、Raspberry Pi OS 標準の機能によるものです。

Ping応答用の ICMPのデータは、ICMP Type が 00 であることと、チェックサムと呼ばれる誤り検出データ以外は、同じデータです。このため、応答にも Hello, world! が含まれています。

プログラムの概要

ファイル名	概要
icmp_logger.py	ICMP Ping を受信する(応答はしない)
icmp_ping.py	ICMP Ping を送信し、応答を受信して表示する
icmp_sender.py	ICMP Ping を送信し、応答を受信する(表示しない)

Wiresharkで確認

下図は、Wiresharkで確認した時のようすです。画面の下の方にあるマーカ部に、Hello, world!が表示されているのが分かります。

応用に向けて

ICMPは、ネットワークの疎通確認などに使われている点から、低コストなシステムや、学習用、実験用として便利なプロトコルです。

最大の特徴は、ポート番号が不要な点でしょう。また、多くのネットワーク対応機器が Ping 応答機能を搭載しているので、手軽にLAN内の通信を試すことが出来ます。

TCPに比べて、パケットの節約が可能な点も特徴の一つです。とくにモバイル通信（閉域網）では、低コストな IoTシステムを構築できる可能性があります。LAN内や閉域モバイル・ネットワーク通信などで、センサ・システムに応用することが出来ると思います。

本稿では Raspberry Pi で試しましたが、Raspberry Pi Pico の MicroPython用に簡素化したプログラムも作成して、picoフォルダに収録しました。

これらのプログラムを基に、独自の通信システムを構築してみてはいかがでしょう。

GitHub Pages

本稿で使用したプログラムは、前述の git clone でダウンロードできるほか、GitHub Pages でも公開しています。

GitHub Pages：
https://git.bokunimo.com/ping

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