作者：木木匠
來源：https://juejin.im/post/5c15ec0f6fb9a049ec6af8b2
一、概覽
對于ping命令，想必只要是程序員都知道吧？當我們檢查網絡情況的時候，最先使用的命令肯定是ping命令吧？一般我們用ping查看網絡情況，主要是檢查兩個指標，第一個是看看是不是超時，第二個看看是不是延遲太高。
如果超時那么肯定是網絡有問題啦（禁ping情況除外），如果延遲太高，網絡情況肯定也是很糟糕的。那么對于ping命令的原理，ping是如何檢查網絡的？大家之前有了解嗎？接下來我們來跟著ping命令走一圈，看看ping是如何工作的。
二、環境準備和抓包
2.1 環境準備
1.抓包工具。我這里使用Wireshark。
2.我準備了兩臺電腦，進行ping的操作。
ip地址分別為：
- A電腦：192.168.2.135
mac地址：98:22:EF:E8:A8:87 - B電腦：192.168.2.179
MAC：90:A4:DE:C2:DF:FE
2.2 抓包操作
打開 Wireshark，選取指定的網卡進行抓包，進行ping操作，在A電腦上ping B電腦的ip
抓包情況如下：
這里先簡單的介紹下Wireshark的控制面板，這個面板包含7個字段，分別是：
- NO.編號
- Time:包的時間戳
- Source:源地址
- Destination:目標地址
- Protocol:協議
- Length:包長度
- Info:數據包附加信息
三、深入解析
上圖中抓包編號54-132顯示的就是整個ping命令的過程，我們知道ping命令不是依托于TCP或者UDP這種傳輸層協議的，而是依托于ICMP協議實現的， 那么什么是ICMP協議呢？這里簡單介紹下：
3.1 ICMP協議的產生背景
[RFC792]中說明了ICMP產生的原因：由于互聯網之間通訊會涉及很多網關和主機，為了能夠報告數據錯誤，所以產生了ICMP協議。也就是說ICMP協議就是為了更高效的轉發IP數據報和提高交付成功的機會。
3.2 ICMP協議的數據格式
根據上圖我們知道了ICMP協議頭包含4個字節，頭部主要用來說明類型和校驗ICMP報文。下圖是對應的類型和代碼釋義列表，我們后面分析抓包的時候會用到。
簡單介紹完了ICMP，那么抓包過程中出現的ARP協議是什么呢？我們同樣來簡單解釋下：
3.3 ARP協議
我們知道，在一個局域網中，計算機通信實際上是依賴于MAC地址進行通信的，那么ARP（Address Resolution Protocol）的作用就是根據IP地址查找出對應ip地址的MAC地址。
3.4 Ping過程解析
了解了上面的基礎概念后，我們來分析下抓包的數據。圖b的流程如下：
- A電腦（192.168.2.135）發起ping請求，ping 192.168.2.179
- A電腦廣播發起ARP請求，查詢 192.168.2.179的MAC地址。
- B電腦應答ARP請求，向A電腦發起單向應答，告訴A電腦自己的MAC地址為90:A4:DE:C2:DF:FE
- 知道了MAC地址后，開始進行真正的ping請求，由于B電腦可以根據A電腦發送的請求知道源MAC地址，所有就可以根據源MAC地址進行響應了。
上面的請求過程我畫成流程圖比較直觀一點：
觀察仔細的朋友可能已經發現，Ping4次請求和響應結束后，還有一次B電腦對A電腦的ARP請求，這是為什么呢？這里我猜測應該是有2個原因：
1. 由于ARP有緩存機制，為了防止ARP過期，結束后重新更新下ARP緩存，保證下次請求能去往正確的路徑，如果ARP過期就會導致出現一次錯誤，從而影響測試準確性。
2. 由于ping命令的響應時間是根據請求包和響應包的時間戳計算出來的，所以一次ARP過程也是會消耗時間。這里提前緩存最新的ARP結果就是節省了下次ping的arp時間。
為了驗證我們的猜測，我再進行一次ping操作，抓包看看是不是和我們猜測的一樣。此時，計算機里面已經有了ARP的緩存，我們執行ARP -a 看看緩存的arp列表：
我們看看第二次ping的抓包
我們看到上圖中在真正ping之前并沒有進行一次ARP請求，這也就是說，直接拿了緩存中的arp來執行了，另外當B計算機進行響應之前還是進行了一次ARP請求，它還是要確認下之前的ARP緩存是否為正確的。然后結束ping操作之后，同樣在發一次ARP請求，更新下自己的ARP緩存。這里和我們的猜想基本一致。
弄懂了ping的流程之后我們來解析下之前解釋的ICMP數據結果是否和抓包的一致。
我們來點擊一個ping request看看ICMP協議詳情
圖中紅框內就行ICMP協議的詳情了，這里的Type=8,code=0,校驗是正確。我們對比圖d,就知道了這是一個請求報文。我們再點擊Response frame:57，這里說明響應報文在序號57。詳情如下：
上圖的響應報文，Type=0,code=0。這里知道就是響應報文了，然后最后就是根據請求和響應的時間戳計算出來的響應延遲。3379.764 ms-3376.890 ms=2.874 ms.
四、總結
我們分析了一次完整的ping請求過程，ping命令是依托于ICMP協議的，ICMP協議的存在就是為了更高效的轉發IP數據報和提高交付成功的機會。ping命令除了依托于ICMP，在局域網下還要借助于ARP協議，ARP協議能根據IP地址查出計算機MAC地址。ARP是有緩存的，為了保證ARP的準確性，計算機會更新ARP緩存。
五、參考
《計算機網絡》
TCP/IP協議之ICMP
