華云數據：ping不通 找房東——從一個ping包來解析網絡轉發原理
隨著云計算業務的快速發展，國內外云計算企業的專利之爭也愈發激烈。在云計算這樣的技術領域，專利儲備往往代表著企業***的技術實力。華云數據本期“智匯華云”專欄將從一個ping包來解析網絡轉發原理，與大家共同分享云計算領域的***技術與解決方案。
背景
“房東，我ping不通了”，相信在外打工租房的各位都有過這個經歷吧。ping不通，一個簡單的現象，其實蘊藏著很多的過程，今天我們就來談談，ping不通該怎么辦。
基礎概念
在說這些之前，先介紹幾個概念：
1、ping包
ping包走的是ICMP協議，什么是ICMP協議呢，Internet控制報文協議，字面意思不好理解，作用很簡單，就是發送一些控制消息，來檢測鏈路。
要了解一個協議，我們一般先看它是怎么封裝的，查什么書籍都是假的，***的辦法就是自己去抓一個包看看，抓包的工具有很多種，我喜歡用wireshark(windows)和tcpdump(linux)，抓包工具怎么用，自行去度娘。
抓到的報文如下，一步步慢慢分析：
首先是以太頭
我們知道，MAC地址是用來唯一標識網卡的，暫時理解為網卡門牌號吧。
DMAC：目的mac，也就是你的數據包要發給誰，
SMAC：源mac，你自己網卡的門牌號
type：數據包的類型
Tips: 小知識，這里插一句，如果是三層轉發，DMAC一般是你網關的mac地址，如果是二層轉發，DMAC則是目的端的MAC地址，這也是區分一個數據包是二層還是三層轉發***的方法。
IP層，主要看幾個吧。
dscp：***的用處就是區分報文優先級，我們都知道，協議報文需要高優先級
flags：分片的標志，下面的fragment offset是指分片的偏移量
protocol: 協議類型，可以看到 我們的ping是通過icmp協議
icmp里面比較重要的2個 type和code，以此來決定這個icmp報文是干嘛的。
這里的type 8 code 0，是icmp request，具體這些代表什么意思，我們可以去查RFC792
https://tools.ietf.org/html/rfc792
WHAT?什么是RFC，我只聽過KFC，問題不大，自己去度娘。
2、ARP
ARP是什么，地址解析，所謂的地址解析就是根據IP地址來獲取MAC地址，上面的報文你也看到了，你要ping別人，要知道別人的IP，別人的mac，發到網關的需要知道網關的mac，發到目的端的需要知道目的端的mac。
ARP的過程很簡單，客戶端先發一個ARP請求，比如你知道了10.10.10.10這個IP，但是你不知道mac，你就需要發一個ARP請求來獲取。
好了 我們照例抓一個包，來看看ARP是怎么工作的。
ARP的請求報文是一個廣播報文，所以他的dmac就是ff:ff:ff:ff:ff:ff，你知道了對方的IP，但是不知道對方的mac，所以你的target mac就填00:00:00:00:00:00就行，看上圖，這是一個ARP請求報文，我想知道10.51.30.122的mac是多少。ARP請求報文會在局域網廣播，如果你不是10.51.30.122，那么你收到這個報文后，會直接丟棄不處理，如果你恰好是10.51.30.122這個IP，那么就會做一個ARP應答。
我們再來看一個ARP應答報文。
10.51.30.122這個地址收到ARP請求后，會發一個單播報文給我，告訴我它的mac，同時他也會記錄我的mac和IP，在他那邊會保存我的ARP信息，同時我也保存了它的，下次我再找他，直接查ARP表就可以了，不再需要再發一起ARP請求，當然，如果ARP老化了，那么這樣的流程還得再來一次咯。
3、DNS
有些人喜歡ping百度，如果ping的是域名，那中間又多了一層處理，那就是域名解析，來來來，繼續抓包。
可以看到 我由于不知道百度的IP是多少，所以我先發給了114.114.114.114，域名解析服務器，他幫我解析以后再把IP告訴我。
于是我重新封裝報文，目的ip直接選擇了216這個地址發送了icmp request。
大功告成，ping也就通了。
排查
搞什么??文章的標題不是ping不通嗎，那你解釋一堆ping通干什么，其實我們從原理里面反推一下，ping不通的理由到底有哪些嘛~ 每一個環節都檢查一遍，那么問題不就迎刃而解了嘛~
來來來，我先來畫個圖，二層轉發不過網關我就不畫了，直接來一個三層轉發圖。
這是一個簡單的圖，下面我來慢慢的一步步的寫下步驟，假設我就去ping百度，一般現在看自己能不能上網不都是ping百度嘛。
1、首先客戶端要對百度的域名進行解析才能獲取到IP地址，才能進一步封裝自己的ping包，所以他首先發到域名服務器(假設我配置的是114.114.114.114)，等域名服務器幫我解析好以后，給了我百度的IP地址，220.181.57.216，那么這里，我要去域名服務器，我是怎么去的呢，當然首先查看路由表。
很明顯，我沒有直接去114.114.114.114的路由，所以我只能發給網關，也就是上圖的192.168.0.1，由網關去處理(如果你不知道網關的mac，需要先發廣播ARP給網關，拿到網關的mac來維護ARP表)，之后網關把域名解析的結果返還給我，我就有了baidu的IP地址。
2、有了目的IP，客戶端就準備封裝報文，因為是三層轉發，我不需要知道百度的mac地址，我只要知道網關的mac就行了，dmac=網關mac，dip=百度IP，直接發送ping包，由于網關的mac上面已經發送過一次ARP請求了，所有網關的ARP已經保存在客戶端的ARP表了。
3、數據包到了網關，因為是到公網去，這里面的處理就不說了，用一條命令可以查看你的數據包經過了多少的躍點。
4、百度收到了我的ping包以后，于是如法炮制的獲取它的網關ARP信息，再把封裝好的icmp reply給我發了回來，等我的網關收到了這個reply以后，發現目的IP是我，通過路由直接轉發給了我，這里整個過程就完成了。
Tips：對于過來的數據包，網關會自行學習數據包的源mac信息，維護自己的mac表和ARP表。
好了，如果ping不通，那么你想想有哪些原因呢，一步步地去檢查，一步步地去抓包分析，你就能找到原因，ping不通，不用找房東，自己把網線捋一捋，不就通了啊。
