ping原理及应用介绍

Ping程序的实质是利用了ICMP请求回显和回显应答报文，但ARP请求和应答报文也在其中起了非常重要的作用。 Ping的逻辑过程以从PC1 ping PC2（命令：ping 11.1.1.2 -I 10.1.1.1）为例说明Ping的逻辑过程。

1、ping程序生成一个ICMP请求回显报文。

ICMP报文沿协议栈向下传输到ip层，封装ip头，包含源地址IP与目的地址IP。在此封装过程中，IP层已经根据IP地址和掩码判断出了源IP与目的IP不属于同一网段（网段判断的规则为：把IP地址的高XX位保留，其余位置0，IP地址共有四段，每段8位，共32位，顺序为左高右低。比如PC1的IP：10.1.1.1，掩码24，IP所属的网段为10.1.1.0-10.1.1.255），如图1所示。

2、ICMP报文再向下传到链路层，准备进行以太帧头的封装，但由于无法知道目的mac地址，暂时无法进行封装，如图2所示。

3、由于已经知道了源IP与目的IP不属于同一网段，故主机要查找FIB表，找自己的下一跳，分以下两种情况： 如果没找到下一跳，则得不到下一跳的ip，自然也得不到下一跳的mac地址，以太帧头无法进行封装，于是就ping不通。 如果找到了下一跳，得到了下一跳的ip，但此时还不知道下一跳的mac，故要发送ARP广播请求。ARP的请求或应答分组格式如图3所示，参数如表1所示。

说明：

以太首部中的以太网目的地址与ARP请求中的目的以太网地址是不一样的，前者为全1，表示广播，这样才能被所有直连设备接收到。

后者是下一跳的mac地址，因为未知，所以填充为全0。但以太首部中的以太网源地址和ARP请求中的发送端以太网地址是一样的，为重复信息。

FIB（Forward Information Base）表：即路由表。

3、下一跳（RTA b口 10.1.1.2/24）收到此请求以后，发现请求所对应的IP地址是自己，于是回复一个ARP单播应答给PC1，此应答包含了10.1.1.2/24所对应的mac地址，按图3所示对应的ARP参数如表2所示。

说明：

在ARP应答中，以太首部中的源地址和目的地址与ARP应答报文中的发送端地址和目的地址完全相同。 以ARP Request为例说明ARP分组格式的参数填写，界面如图4所示。

00 01为硬件类型，值为1表示以太网地址。

08 00为协议类型，值为8表示IP地址。

06表示硬件地址长度为6字节。

04表示协议地址长度为4字节。

00 01表示OP，值为1表示是ARP请求。

00 e0 fc 01 a5 03表示发送端以太网地址。

c0 a8 62 01表示发送端IP地址。

00 00 00 00 00 00表示目的以太网地址为未知。

c0 a8 62 02表示目的IP地址。

5、PC1此时已经收到ARP应答，得到了下一跳的mac地址，进行以太帧头的封装。然后将数据报发送给RTA。

说明：

以后很可能RTA也要向PC1进行数据传送，为避免总是发送ARP请求及应答，减少网络上的通信量采取以下做法：

当PC1向RTA发送ARP请求时，就已经将自己的IP地址到物理地址的映射写入ARP请求中。

当RTA收到PC1的ARP请求后，RTA就将PC1的这一映射写入到了自己的ARP缓存中。

6、RTA收到数据报后，拆掉以太帧头，上送到IP层，发现IP首部中的目的IP地址11.1.1.2/24不是自己，需要转发，故查找自己的路由表，重新进行数据报的封装。

7、当封装到以太帧头时，发现目的mac地址（11.1.1.2/24对应的mac地址）未知，故也要发ARP广播请求。在此ARP请求中：

以太网源地址为RTA to PC2的mac地址，即11.1.1.1/24对应的mac地址。

OP为1，表示ARP请求。

发送端以太网地址为RTA to PC2的mac地址，即11.1.1.1/24对应的mac地址。

发送端IP地址为RTA to PC2的IP地址，即11.1.1.1/24。

目的以太网地址为未知，以全0填充。

目的IP地址为PC2的IP地址11.1.1.2/24。

8、PC2收到此请求以后，发现请求所对应的IP地址是自己，于是回复一个ARP单播应答给RTA，此应答包含了11.1.1.2/24所对应的mac地址。在此ARP应答中：

以太网目的地址为RTA to PC2的mac地址，即11.1.1.1/24对应的mac地址。

以太网源地址为PC2的mac地址，即11.1.1.2/24对应的mac地址。

OP为2，表示ARP应答。

发送端以太网地址为PC2的mac地址，即11.1.1.2/24对应的mac地址。

发送端IP地址为PC2的IP地址，即11.1.1.2/24。

目的以太网地址为RTA to PC2的mac地址，即11.1.1.1/24对应的mac地址。

目的IP地址为RTA to PC2的IP地址，即11.1.1.1/24。

说明：

与前面RTA学习PC1的ARP映射一样，PC2也相应地在自己的ARP缓存中记录了RTAc口的IP地址到物理地址的映射。

9、RTA此时已经收到ARP应答，得到了PC2的mac地址，进行以太帧头的封装。然后将数据报发送给PC2。

10、PC2回应PC1的ICMP包。

11、PC2收到此数据报后，拆封以太帧头，拆封IP首部后发现是个ICMP请求回显报文，于是会回复一个ICMP回显应答报文给PC1。此时的源IP地址变成了PC2的IP地址11.1.1.2/24，目的IP地址变成了PC1的IP地址10.1.1.1/24。由于目的IP与源IP不在同一网段，所以PC2也要查找FIB表，经查找得知下一跳为RTA c口 11.1.1.1/24。如前所述，PC2的ARP缓存中已经记录了RTA c口的映射信息，故不需要再向RTA发送ARP请求，直接在ARP缓存中读到RTA 11.1.1.1/24的mac地址进行封装，将数据报发给RTA。同理RTA也不用向PC1发送ARP请求，直接在自己的ARP缓存中读到PC1的mac地址，将数据报转发给PC1。

12、PC1收到数据报后，逐层拆封以太帧头、IP首部，得到ICMP回显应答，显示ping通

Ping的用途：

就是用来检测网络的连通情况和分析网络速度。