linux网络开发中比较常用的命令之一是ping，我们通常使用了ping命令加上要ping通的ip地址来进行分析，通过能否ping通指定ip或域名来检测网络连接是否成功，和连接质量。

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ping命令详解

ping ping一般可以分两种状态，ping同一网段的，另一种是ping不同网段的

同一网段内

首先，如果主机A，要去ping主机B，那么主机A就要封装二层报文，他会先查自己的MAC地址表，如果没有B的MAC地址，就会向外发送一个ARP广播包，如图:

ping2

其中ARP报文格式如下:

ping3 其中OP 1：表示ARP请求

2：表示ARP应答

3：表示RARP请求

4：表示RARP应答

首先，交换机会收到这个报文后，交换机有学习MAC地址的功能，所以他会检索自己有没有保存主机B的MAC地址，如果有，就返回给主机A，如果没有，就会向所有端口发送ARP广播，其它主机收到后，发现不是在找自己，就纷纷丢弃了该报文，不去理会。直到主机B收到了报文后，就立即响应，我的MAC地址是多少，同时学到主机A的MAC地址，并按同样的ARP报文格式返回给主机A。如图：

ping4

ARP报文格式为：

ping5

这时候主机A学到了主机B的MAC地址，就把这个MAC地址封装到ICMP协议的二层报文中向主机B发送，报文格式如下：

ping6

当主机B收到了这个报文后，发现是主机A 的ICMP回显请求，就按同样的格式，返回一个值给主机A，这样就完成了同一网段内的ping过程。

ping7

在这里，讲了这么久的局域网内的PING，实际过程的发生不到1毫秒。

总结：

1、主机A上执行“Ping 1.1.1.3”后，Ping会通知系统建立一个固定格式的ICMP请求数据包，然后由ICMP协议打包这个数据包和地  址“,1.1.1.3”转交给IP层协议（一组后台运行的进程，与ICMP类似）；

2、IP层协议将以地址“1.1.1.3”作为目的地址，本机IP地址（1.1.1.1）作为源地址，加上一些其他的控制信息，构建一个IP数据包，并想办法得到1.1.1.3的MAC地址（物理地址，这是数据链路层协议构建数据链路层的传输单元——帧所必需的），以便交给数据链路层构建一个数据帧；

3、IP层协议通过主机B的IP地址和自己的子网掩码，发现它跟自己属同一网络，就直接在本网络内查找这台机器的MAC；

4、如果以前两机有过通信，在A机的ARP缓存表应该有B机IP与其MAC的映射关系，如果没有，就发一个ARP请求广播，得到主机B的MAC，一并交给数据链路层。

5、数据链路层构建一个数据帧，目的地址是IP层传过来的物理地址，源地址则是本机的物理地址，还要附加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将它们传送出去。

6、主机B收到这个数据帧后，先检查它的目的地址，并和本机的物理地址对比，如符合，则接收；否则丢弃。接收后检查该数据帧，将IP数据包从帧中提取出来，交给本机的IP层协议。

7、IP层检查后，将有用的信息提取后交给ICMP协议，后者处理后，马上构建一个ICMP应答包，发送给主机A，其过程和主机A发送ICMP请求包到主机B一模一样。

不同网段内

ping8

如果主机A要ping主机C，那么主机A发现主机C的IP和自己不是同一网段，他就去找网关转发，但是他也不知道网关的MAC地址情况下呢？他就会向之前那个步骤一样先发送一个ARP广播，学到网关的MAC地址，再发封装ICMP报文给网关路由器。报文格式如下：

ping9

当路由器收到主机A发过来的ICMP报文，发现目的地址是其本身MAC地址，根据目的的IP2.1.1.1，查路由表，发现2.1.1.1/24的路由表项，得到一个出口指针，去掉原来的MAC头部，加上自己的MAC地址向主机C转发。(如果网关也没有主机C的MAC地址，还是要向前面一个步骤一样，ARP广播一下即可相互学到。路由器2端口能学到主机C的MAC地址，主机C也能学到路由器2端口的MAC地址。)报文格式如下：

ping10

最后，在主机C已学到路由器2端口MAC地址，路由器2端口转发给路由器1端口，路由1端口学到主机A的MAC地址的情况下，他们就不需要再做ARP解析，就将ICMP的回显请求回复过来。报文格式大致如下:

ping11

总结：

  • 1、两台主机不在同一子网内，主机A要与主机C通信，主机A要向“缺省网关”发出ARP包，而“缺省网关”的IP地址已经在主机A系统软件中设置。这个IP地址实际上对应路由器1端口的IP地址（1.1.1.2）。所以主机A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，路由器的1端口的MAC回复给主机A，此时主机A数据包的目的MAC替换为路由器1端口MAC。

  • 2、MAC替换后，经物理层，传输到交换机物理层，再传到交换机数据链路层，再经数据数据链路层到物理层。

  • 3、经bit流传到路由器的物理层，然后传到数据链路层，二层解封装，目的IP与路由器三层IP路由表比较，若匹配正确，交给上层处理，否则会缓存数据包内容，然后根据目标地址查找路由表找到相关表项，得到NEXT HOP及出接口的MAC地址，用这两个地址作为新的目的及源MAC地址封装事先缓存的数据包，然后转发，这个过程称为帧的重写（REWRITE）。

  • 4、重复进行MAC替换后， 在路由器中，找到与目的IP匹配表项，若路由器中存在主机C对应的MAC表项，则数据传输到C网络层，否则路由器发送ARP广播请求主机C的MAC。

  • 5、当主机C收到主机A的数据包后，再从主机C到主机A进行一次反向MAC替换过程。反向过程中，每一步省略掉ARP请求NEXT HOP的MAC，因为MAC表已经建立起来

重要知识点：

在数据包端到端的传输过程中，逻辑地址始终不会发生改变，而MAC地址则随着具体链路的不同而不同。

路由器在某一个入接口上接收到数据帧后，先检测目的地是否是自己。若是，则交给上层处理，否则会缓存数据包内容，然后根据目标地址查找路由表找到相关表项，得到NEXT HOP及出接口的MAC地址，用这两个地址作为新的目的及源MAC地址封装事先缓存的数据包，然后转发，这个过程称为帧的重写（REWRITE）。

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）有以下特点：

  • 1、ARP由ARP Request(广播)与ARP Reply（单播）组成。
  • 2、只有当发送方认为目标主机与自己位于同一逻辑网络（同一网段），ARP Request才会发出。
  • 3、属于本地的MAP（不同于FR MAP）IP地址与MAC地址均属于同一个设备（接口）。

其他概念：

  • 1、封装 　  所谓封装是指在发送方发生的自上而下的过程——在每一层为应用数据添加上特定的头部/尾部信息（PDU，Protocol Data Unit，协议数据单元）Application（应用程序）→segment（数据段）→packet（数据包）→frame（数据帧）→bit（比特，二进制位）

  • 2、解封装     所谓解封装是指在接收方发生的自下而上的过程——逐层的去掉头部以及尾部信息