ping的工作原理

永夜也是永昼
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ping值，在打英雄联盟的时候，这个值大于30ms就足以让我自闭一整局哈哈哈。 ping在网络中可以用来检测与对方的网络是否通畅，知其然且知其所以然。

ICMP协议

ping是基于ICMP协议工作的，要明白ping的工作，首先要熟悉ICMP协议。ICMP协议全称Internet Control Message Protocol，也就是互联网控制报文协议。里面有个关键词-控制，如何控制的呢？ 网络包在复杂的网络传输环境里，常常会遇到各种问题，当遇到问题的时候，可以使用ICMP确认IP包是否成功送达目标地址、报告发送过程中IP包被废弃的原因和改善网络设置等。 在IP协议通信中，如果有某个IP包因为某种原因都未能达到目标地址，那么这个具体的原因由ICMP负责通知。 image.png

  1. 主机A向主机B发送包
  2. 路由器为了知道B的MAC地址，从而发送ARP包
  3. ARP请求
  4. 再次发送ARP请求
  5. 再次发送ARP包
  6. 多次发送ARP包
  7. 由于始终无法到达主机B，路由器2返回一个ICMP目标不可达的包给主机A ICMP这种消息通知会使用IP进行发送，因此，从路由器2返回的ICMP包会按照往常的路由控制先经过路由器1，再转发给主机A，收到该ICMP包的主机A则分解ICMP的首部和数据域以后得知具体发生问题的原因。 ICMP报文是封装在IP包里面的，它工作在网络层，是IP协议的助手 image.png ICMP包头的类型字段分为两种，大致可以分为两大类：
  8. 一类是用于诊断的查询消息，也就是查询报文类型。
  9. 另一类是通知出错原因的错误消息，也就是差错报文类型。 image.png

查询报文类型

回送请求(Echo Request)和回送应答(Echo Reply)，回送消息用于进行通信的主机或者路由器之间，判断两个主机之间是否是可达的。

image.png 可以向对端主机发送会送请求的消息(ICMP Echo Request Message，类型8)，也可以接受对端主机发回来的回送应答消息(ICMP Echo Reply Message，类型0)。

ICMP报文有几个组成部分，分别是类型、标识符(PID会被设置为发送进程的PID号)、序号 序列号从0开始，每发送一次新的回送请求就会加1，可以用来确认网络包是否有丢失的现象。 在选项数据中，ping还会存放发送请求的时间值，来计算往返时间，说明路程的长短。

网络不可达类型

image.png

网络不可达

IP地址是分为网络号和主机号的，所以当路由器中的路由表匹配不到接收方IP的网络号，就通过ICMP协议以网络不可达的原因告诉主机。

将一个小区中的一栋楼看作为一个网络分区，小美在送外卖的过程中发现送餐地址写的是C区楼，那么ICMP echo reply为网络不可达

主机不可达

当路由表中没有该主机的信息，或者该主机没有连接到网络，那么会通过ICMP协议以主机不可达的原因告知主机。

小美没有找到对应的房间则为主机不可达

协议不可达

当主机使用TCP协议访问对端主机的时候，能找到对端的主机，但是对端主机的防火墙已经进制了TCP协议访问，那么会通过ICMP协议以协议不可达的原因告知主机

小美打开门，发现是一名外国人，由于彼此的语言无法进行交流，那么会通过ICMP以协议不可达的原因告诉主机

端口不可达

和协议不可达类似，协议不可达为关闭机器对对应网络协议的访问，而端口不可达是关闭了对应端口的访问权限

分片不可达

发送端主机发送IP数据报时，将IP首部的分片禁止标志位设置为1，根据这个标志位，途中的路由器遇到MTU大小的数据包时，不会进行分片，而是直接丢弃

超时消息，ICMP Time Exceeded Message

IP包中有一个字段叫做TTL（Time To Live，生存周期），它的值随着每经过一次路由器都会减1，直到减到0时，该IP包会被丢弃。 此时，路由器将会发送一个ICMP超时消息给发送端主机，并且通知该包已经被丢弃，设置IP包生存周期的主要目的，是为了在路由可控制遇到问题发生循环状况时，避免IP包无休止地在网络上被转发。可以使用IP中TTL位有效控制数据包的到达范围，例如设置一个较小的TTL值。

ping发送和接受的过程

同个子网下的主机A和主机B，主机A执行ping主机B后，源主机首先会构建一个ICMP回送请求消息数据包，ICMP数据包内包含多个字段，最重要的是两个：

  1. 类型，对于回送请求消息而言，该字段为8
  2. 序号，用于区分连续ping的时候发出的多个数据包 每发出一个请求数据包，序号会自动加1，为了能够计算往返时间RTT，它会在报文的数据部分插入发送时间。 image.png 然后，由ICMP协议将这个数据包连同地址192.168.1.2一起交给IP层，IP层将以192.168.1.2作为目的地址，本机IP地址作为源地址，协议字段设置为1表示是ICMP协议，再加上一些其他控制信息，构建一个IP数据包。 image.png 接下来，需要加入MAC头，如果在本地ARP映射表中查找出IP地址为192.168.1.2所对应的MAC地址，则可以直接使用；如果没有，则需要发送ARP协议查询MAC地址，获得MAC地址后，由数据链路层构建一个数据帧，目的地址是IP层传过来的MAC地址，并和本机的MAC地址对比，如果符合，则接受数据包，否则丢弃数据包。 接受后检查该数据帧，将IP数据包从帧中提取出来，交给本机的IP层，同样，IP层检查后，将有用的信息提取后交给ICMP协议。 主机B会构建一个ICMP echo reply会送响应消息数据包，回送响应数据包的类型字段为0，序号为接收到的请求数据包中的序号，然后再发送出去给主机A image.png

这个ping程序使用了ICMP里面的ECHO REQUEST(类型为8)和ECHO REPLY(类型为0)

image.png

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