作者 | 木木匠
鏈接 | my.oschina.net/luozhou/blog/2992137
01 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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)有問題（禁 ping情況除外）；如果延遲太高，網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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。
02 環(huán)境準備和抓包
-
環(huán)境準備
抓包工具：Wireshark 準備兩臺電腦，進行互 ping操作：
-
A電腦（IP地址：
192.168.2.135/ mac地址：98:22:EF:E8:A8:87） -
B電腦（IP地址：
192.168.2.179/ MAC地址：90:A4:DE:C2:DF:FE）
-
抓包操作
打開 Wireshark，選取指定的網(wǎng)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(xié)議 -
Length: 包長度 -
Info: 數(shù)據(jù)包附加信息
03 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(xié)議的，而是依托于ICMP協(xié)議實現(xiàn)的， 那么什么是ICMP協(xié)議呢？這里簡單介紹下：
-
ICMP協(xié)議的產(chǎn)生背景
[RFC792]中說明了 ICMP產(chǎn)生的原因：由于互聯(lián)網(wǎng)之間通訊會涉及很多網(wǎng)關(guān)和主機，為了能夠報告數(shù)據(jù)錯誤，所以產(chǎn)生了ICMP協(xié)議。也就是說ICMP協(xié)議就是為了更高效的轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報和提高交付成功的機會。
-
ICMP協(xié)議的數(shù)據(jù)格式
根據(jù)上圖我們知道了 ICMP協(xié)議頭包含 4個字節(jié)，頭部主要用來說明類型和校驗ICMP報文。下圖是對應(yīng)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(xiàn)的ARP協(xié)議是什么呢？我們同樣來簡單解釋下：
-
ARP協(xié)議
我們知道，在一個局域網(wǎng)中，計算機通信實際上是依賴于 MAC地址進行通信的，那么ARP（AddressResolutionProtocol）的作用就是根據(jù) IP地址查找出對應(yīng)的 MAC地址。
-
Ping過程解析
了解了上面的基礎(chǔ)概念后，我們來分析下抓包的數(shù)據(jù)，其流程如下：
-
A 電腦（
192.168.2.135）發(fā)起ping請求，ping192.168.2.179 -
A 電腦廣播發(fā)起
ARP請求，查詢192.168.2.179的 MAC地址。 -
B 電腦應(yīng)答
ARP請求，向 A電腦發(fā)起單向應(yīng)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(jù)A電腦發(fā)送的請求知道 源 MAC地址，所以就可以根據(jù)源 MAC地址進行響應(yīng)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(jīng)發(fā)現(xiàn)，Ping 4次請求和響應(yīng)結(jié)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(yīng)該是有 2個原因：
-
由于
ARP有緩存機制，為了防止ARP過期，結(jié)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(dǎo)致出現(xiàn)一次錯誤，從而影響測試準確性。 -
由于 ping命令的響應(yīng)時間是根據(jù)請求包和響應(yīng)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(jié)果就是節(jié)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(jīng)有了ARP的緩存，我們執(zhí)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(zhí)行了，另外當 B計算機進行響應(yīng)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(jié)束ping操作之后，同樣再發(fā)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(shù)據(jù)結(jié)果是否和抓包的一致。我們來點擊一個ping request看看ICMP協(xié)議詳情
圖中紅框內(nèi)就行 ICMP協(xié)議的詳情了，這里的Type=8,code=0, 校驗是正確，且這是一個請求報文。我們再點擊Responseframe:57，這里說明響應(yīng)報文在序號57。詳情如下：
上圖的響應(yīng)報文， Type=0,code=0，這里知道就是響應(yīng)報文了，然后最后就是根據(jù)請求和響應(yīng)的時間戳計算出來的響應(yīng)延遲。3379.764ms-3376.890ms=2.874ms。
04 總結(jié)
我們分析了一次完整的 ping請求過程，ping命令是依托于ICMP協(xié)議的，ICMP協(xié)議的存在就是為了更高效的轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報和提高交付成功的機會。ping命令除了依托于ICMP，在局域網(wǎng)下還要借助于ARP協(xié)議，ARP協(xié)議能根據(jù) IP地址反查出計算機的 MAC地址。另外ARP是有緩存的，為了保證ARP的準確性，計算機會更新ARP緩存。
