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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(wǎng)絡情況的時候，***使用的命令肯定是ping命令吧?一般我們用ping查看網(wǎng)絡情況，主要是檢查兩個指標，***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)絡有問題啦(禁ping情況除外)，如果延遲太高，網(wǎng)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(wǎng)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(huán)境準備和抓包

2.1 環(huán)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(wǎng)卡進行抓包，進行ping操作，在A電腦上ping B電腦的ip。

圖a

抓包情況如下：

圖b

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

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(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：

3.1 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。

3.2 ICMP協(xié)議的數(shù)據(jù)格式

圖c

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。下圖是對應的類型和代碼釋義列表，我們后面分析抓包的時候會用到。

圖d

簡單介紹完了ICMP，那么抓***程中出現(xiàn)的ARP協(xié)議是什么呢?我們同樣來簡單解釋下：

3.3 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(Address Resolution Protocol)的作用就是根據(jù)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(shù)據(jù)。圖b的流程如下：

A電腦(192.168.2.135)發(fā)起ping請求，ping 192.168.2.179

A電腦廣播發(fā)起ARP請求，查詢 192.168.2.179的MAC地址。

B電腦應答ARP請求，向A電腦發(fā)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(jù)A電腦發(fā)送的請求知道源MAC地址，所有就可以根據(jù)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(jīng)發(fā)現(xiàn)，Ping4次請求和響應結(jié)束后，還有一次B電腦對A電腦的ARP請求，這是為什么呢?這里我猜測應該是有2個原因：

1.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過期就會導致出現(xiàn)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(jù)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***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，同樣在發(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。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***就是根據(jù)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(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。