Ping原理詳解
前言
Ping是排除設(shè)備訪問故障的常見方法。它使用Internet控制消息協(xié)議ICMP(Internet Control Message Protocol)確定以下內(nèi)容：
遠(yuǎn)程設(shè)備是否處于可訪問狀態(tài)。
訪問遠(yuǎn)程設(shè)備時是否丟失報文。
本端與遠(yuǎn)程設(shè)備之間通信的往返延遲。
Ping原理
現(xiàn)在以一個實(shí)例來說明Ping的實(shí)現(xiàn)過程。
如下圖所示，PC1想要Ping通PC2，即Ping 11.1.1.2。
PC1的Ping程序生成一個ICMP請求報文。
如果PC1沒找到下一跳，則得不到下一跳的IP，也得不到下一跳的MAC地址，以太幀頭無法進(jìn)行封裝，于是PC1就Ping不通PC2。
如果PC1找到了下一跳，得到了下一跳的IP，但此時還不知道下一跳的MAC地址，故PC1要發(fā)送ARP廣播請求。
ICMP報文沿協(xié)議棧向下傳輸?shù)絀P層，封裝IP頭，包含源地址IP與目的地址IP。
在此封裝過程中，IP層已經(jīng)根據(jù)IP地址和掩碼判斷出了源IP與目的IP不屬于同一網(wǎng)段。
ICMP報文再向下傳到鏈路層，準(zhǔn)備進(jìn)行以太幀頭的封裝，但由于無法知道目的MAC地址，暫時無法進(jìn)行封裝。
由于已經(jīng)知道了源IP與目的IP不屬于同一網(wǎng)段，故PC1要查找FIB表，找自己的下一跳。
下一跳（Switch a口10.1.1.2/24）收到此請求以后，發(fā)現(xiàn)請求所對應(yīng)的IP地址是自己，于是回復(fù)一個ARP單播應(yīng)答給PC1，此應(yīng)答包含了10.1.1.2/24所對應(yīng)的MAC地址。
PC1此時已經(jīng)收到ARP應(yīng)答，得到了下一跳的MAC地址，進(jìn)行以太幀頭的封裝，然后將數(shù)據(jù)報發(fā)送給Switch。
當(dāng)PC1向Switch發(fā)送ARP請求時，將自己的IP地址到物理地址的映射寫入ARP請求中。當(dāng)Switch收到PC1的ARP請求后，Switch就將PC1的這一映射寫入到了自己的ARP緩存中。這是因?yàn)橐院蠛芸赡躍witch也要向PC1進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，為了以后彼此通信的方便，避免總是發(fā)送ARP請求及應(yīng)答，減少網(wǎng)絡(luò)上的通信。
Switch收到數(shù)據(jù)報文后，剝掉以太幀頭，上送到IP層，發(fā)現(xiàn)IP首部中的目的IP地址11.1.1.2/24不是自己，需要轉(zhuǎn)發(fā)，故查找自己的路由表，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)報文的封裝。
當(dāng)封裝到以太幀頭時，發(fā)現(xiàn)目的MAC地址（11.1.1.2/24對應(yīng)的MAC地址）未知，故Switch也要發(fā)送ARP廣播請求。
PC2收到此請求以后，發(fā)現(xiàn)請求所對應(yīng)的IP地址是自己，于是回復(fù)一個ARP單播應(yīng)答給Switch，此應(yīng)答包含了11.1.1.2/24所對應(yīng)的MAC地址。
與前面Switch學(xué)習(xí)PC1的ARP映射一樣，PC2也相應(yīng)地在自己的ARP緩存中記錄了Switch b口的IP地址到物理地址的映射。
Switch此時已經(jīng)收到ARP應(yīng)答，得到了PC2的MAC地址，進(jìn)行以太幀頭的封裝。然后將數(shù)據(jù)報發(fā)送給PC2。
PC2收到此數(shù)據(jù)報文后，拆封以太幀頭，拆封IP首部后發(fā)現(xiàn)是個ICMP請求報文，于是會回復(fù)一個ICMP應(yīng)答報文給PC1。此時的源IP地址變成了PC2的IP地址11.1.1.2/24，目的IP地址變成了PC1的IP地址10.1.1.1/24。
由于目的IP與源IP不在同一網(wǎng)段，所以PC2也要查找FIB表，經(jīng)查找得知下一跳為Switch b口11.1.1.1/24。如前所述，PC2的ARP緩存中已經(jīng)記錄了Switch b口的映射信息，故不需要再向Switch發(fā)送ARP請求，直接在ARP緩存中讀到Switch 11.1.1.1/24的MAC地址進(jìn)行封裝，將數(shù)據(jù)包發(fā)給Switch。
同理Switch也不需要向PC1發(fā)送ARP請求，直接在自己的ARP緩存中讀到PC1的MAC地址，將數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)給PC1。
PC1收到數(shù)據(jù)報文后，逐層拆封以太幀頭、IP首部，得到ICMP應(yīng)答報文，顯示Ping通。
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