對於Ping的過程,你真的了解嗎?

程序員聖經 發佈 2021-08-03T09:10:24.465703+00:00

作者:木木匠來源:https://juejin.im/post/5c15ec0f6fb9a049ec6af8b2一、概覽對於ping命令,想必只要是程式設計師都知道吧?當我們檢查網絡情況的時候,最先使用的命令肯定是ping命令吧?

作者:木木匠

來源:https://juejin.im/post/5c15ec0f6fb9a049ec6af8b2

一、概覽

對於ping命令,想必只要是程式設計師都知道吧?當我們檢查網絡情況的時候,最先使用的命令肯定是ping命令吧?一般我們用ping查看網絡情況,主要是檢查兩個指標,第一個是看看是不是超時,第二個看看是不是延遲太高。

如果超時那麼肯定是網絡有問題啦(禁ping情況除外),如果延遲太高,網絡情況肯定也是很糟糕的。那麼對於ping命令的原理,ping是如何檢查網絡的?大家之前有了解嗎?接下來我們來跟著ping命令走一圈,看看ping是如何工作的。

二、環境準備和抓包

2.1 環境準備

1.抓包工具。我這裡使用Wireshark。
2.我準備了兩台電腦,進行ping的操作。

ip地址分別為:

  • A電腦:192.168.2.135
    mac地址:98:22:EF:E8:A8:87
  • B電腦:192.168.2.179
    MAC:90:A4:DE:C2:DF:FE

2.2 抓包操作

打開 Wireshark,選取指定的網卡進行抓包,進行ping操作,在A電腦上ping B電腦的ip

抓包情況如下:

這裡先簡單的介紹下Wireshark的控制面板,這個面板包含7個欄位,分別是:

  • NO.編號
  • Time:包的時間戳
  • Source:源地址
  • Destination:目標地址
  • Protocol:協議
  • Length:包長度
  • Info:數據包附加信息

三、深入解析

上圖中抓包編號54-132顯示的就是整個ping命令的過程,我們知道ping命令不是依託於TCP或者UDP這種傳輸層協議的,而是依託於ICMP協議實現的, 那麼什麼是ICMP協議呢?這裡簡單介紹下:

3.1 ICMP協議的產生背景

[RFC792]中說明了ICMP產生的原因:由於網際網路之間通訊會涉及很多網關和主機,為了能夠報告數據錯誤,所以產生了ICMP協議。也就是說ICMP協議就是為了更高效的轉發IP數據報和提高交付成功的機會。

3.2 ICMP協議的數據格式

根據上圖我們知道了ICMP協議頭包含4個字節,頭部主要用來說明類型和校驗ICMP報文。下圖是對應的類型和代碼釋義列表,我們後面分析抓包的時候會用到。

簡單介紹完了ICMP,那麼抓包過程中出現的ARP協議是什麼呢?我們同樣來簡單解釋下:

3.3 ARP協議

我們知道,在一個區域網中,計算機通信實際上是依賴於MAC地址進行通信的,那麼ARP(Address Resolution Protocol)的作用就是根據IP位址查找出對應ip地址的MAC地址。

3.4 Ping過程解析

了解了上面的基礎概念後,我們來分析下抓包的數據。圖b的流程如下:

  • A電腦(192.168.2.135)發起ping請求,ping 192.168.2.179
  • A電腦廣播發起ARP請求,查詢 192.168.2.179的MAC地址。
  • B電腦應答ARP請求,向A電腦發起單向應答,告訴A電腦自己的MAC地址為90:A4:DE:C2:DF:FE
  • 知道了MAC地址後,開始進行真正的ping請求,由於B電腦可以根據A電腦發送的請求知道源MAC地址,所有就可以根據源MAC地址進行響應了。

上面的請求過程我畫成流程圖比較直觀一點:

觀察仔細的朋友可能已經發現,Ping4次請求和響應結束後,還有一次B電腦對A電腦的ARP請求,這是為什麼呢?這裡我猜測應該是有2個原因:

1. 由於ARP有緩存機制,為了防止ARP過期,結束後重新更新下ARP緩存,保證下次請求能去往正確的路徑,如果ARP過期就會導致出現一次錯誤,從而影響測試準確性。

2. 由於ping命令的響應時間是根據請求包和響應包的時間戳計算出來的,所以一次ARP過程也是會消耗時間。這裡提前緩存最新的ARP結果就是節省了下次ping的arp時間。

為了驗證我們的猜測,我再進行一次ping操作,抓包看看是不是和我們猜測的一樣。此時,計算機裡面已經有了ARP的緩存,我們執行ARP -a 看看緩存的arp列表:

我們看看第二次ping的抓包

我們看到上圖中在真正ping之前並沒有進行一次ARP請求,這也就是說,直接拿了緩存中的arp來執行了,另外當B計算機進行響應之前還是進行了一次ARP請求,它還是要確認下之前的ARP緩存是否為正確的。然後結束ping操作之後,同樣在發一次ARP請求,更新下自己的ARP緩存。這裡和我們的猜想基本一致。

弄懂了ping的流程之後我們來解析下之前解釋的ICMP數據結果是否和抓包的一致。
我們來點擊一個ping request看看ICMP協議詳情

圖中紅框內就行ICMP協議的詳情了,這裡的Type=8,code=0,校驗是正確。我們對比圖d,就知道了這是一個請求報文。我們再點擊Response frame:57,這裡說明響應報文在序號57。詳情如下:

上圖的響應報文,Type=0,code=0。這裡知道就是響應報文了,然後最後就是根據請求和響應的時間戳計算出來的響應延遲。3379.764 ms-3376.890 ms=2.874 ms.

四、總結

我們分析了一次完整的ping請求過程,ping命令是依託於ICMP協議的,ICMP協議的存在就是為了更高效的轉發IP數據報和提高交付成功的機會。ping命令除了依託於ICMP,在區域網下還要藉助於ARP協議,ARP協議能根據IP位址查出計算機MAC地址。ARP是有緩存的,為了保證ARP的準確性,計算機會更新ARP緩存。

五、參考

《計算機網絡》

TCP/IP協議之ICMP

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