网络：简述使用ping查看网络情况的过程

布满荆棘的人生 2023-07-08 15:25 99阅读 0赞

## 一、概览 ##

当我们检查网络情况的时候，最先使用的命令肯定是 ping 命令。一般我们用 ping 查看网络情况，主要是检查两个指标，第一个是看看是不是超时，第二个看看是不是延迟太高。如果超时那么肯定是网络有问题啦（禁 ping 情况除外），如果延迟太高，网络情况肯定也是很糟糕的。那么对于 ping 命令的原理，以及ping 是如何检查网络的？大家之前有了解吗？接下来简述 ping 是如何工作的。

## 二、环境准备和抓包 ##

## 2.1 环境准备 ##

1.  抓包工具：本文使用 Wireshark。
2.  准备两台电脑，进行 ping 的操作。  
    A 电脑：192.168.1.135 ，MAC 地址：98:22:EF:E8:A8:87  
    B 电脑：192.168.2.179 ，MAC 地址：90:A4:DE:C2:DF:FE

## 2.2 抓包操作 ##

打开 Wireshark，选取指定的网卡进行抓包，进行 ping 操作，在 A 电脑上 ping B 电脑的 ip。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
抓包情况如下：  
![在这里插入图片描述][20200226214223427.png]

先简单的介绍下 Wireshark 的控制面板，这个面板包含 7 个字段，分别是：  
（1）NO：编号  
（2）Time：包的时间戳  
（3）Source：源地址  
（4）Destination：目标地址  
（5）Protocol：协议  
（6）Length：包长度  
（7）Info：数据包附加信息

## 三、深入解析 ##

上图中抓包编号 54-132 显示的就是整个 ping 命令的过程，我们知道 ping 命令不是依托于 TCP 或者 UDP 这种传输层协议的，而是依托于 ICMP 协议实现的，先简单介绍下ICMP协议：

## 3.1 ICMP 协议的产生背景 ##

\[RFC792\] 中说明了 ICMP 产生的原因：由于互联网之间通讯会涉及很多网关和主机，为了能够报告数据错误，所以产生了 ICMP 协议。也就是说 ICMP 协议就是为了更高效的转发 IP 数据报和提高交付成功的机会。

## 3.2 ICMP 协议的数据格式 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
ICMP 协议头包含 4 个字节，头部主要用来说明类型和校验 ICMP 报文。下图是对应的类型和代码释义列表，我们后面分析抓包的时候会用到。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

简单介绍完了 ICMP，那么抓包过程中出现的 ARP 协议是什么呢？我们同样来简单解释下：

## 3.3 ARP 协议 ##

在一个局域网中，计算机通信实际上是依赖于 MAC 地址进行通信的，那么 ARP（Address Resolution Protocol）的作用就是根据 IP 地址查找出对应 ip 地址的 MAC 地址。

## 3.4 Ping 过程解析 ##

了解了上面的基础概念后，我们来分析下抓包的数据。图 b 的流程如下：

（1）A 电脑（192.168.2.135）发起 ping 请求，ping 192.168.2.179。  
（2）A 电脑广播发起 ARP 请求，查询 192.168.2.179 的 MAC 地址。  
（3）B 电脑应答 ARP 请求，向 A 电脑发起单向应答，告诉 A 电脑自己的 MAC 地址为 90:A4:DE:C2:DF:FE。

知道了 MAC 地址后，开始进行真正的 ping 请求，由于 B 电脑可以根据 A 电脑发送的请求知道源 MAC 地址，所有就可以根据源 MAC 地址进行响应了。

上面的请求过程画成流程图比较直观一点：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

观察仔细的朋友可能已经发现，Ping4 次请求和响应结束后，还有一次 B 电脑对 A 电脑的 ARP 请求，这是为什么呢？我们猜测应该是有 2 个原因：

1.  由于 ARP 有缓存机制，为了防止 ARP 过期，结束后重新更新下 ARP 缓存，保证下次请求能去往正确的路径，如果 ARP 过期就会导致出现一次错误，从而影响测试准确性。
2.  由于 ping 命令的响应时间是根据请求包和响应包的时间戳计算出来的，所以一次 ARP 过程也是会消耗时间。这里提前缓存最新的 ARP 结果就是节省了下次 ping 的 arp 时间。

为了验证我们的猜测，我再进行一次 ping 操作，抓包看看是不是和我们猜测的一样。此时，计算机里面已经有了 ARP 的缓存，我们执行 ARP -a 看看缓存的 arp 列表：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
我们看看第二次 ping 的抓包：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
我们看到上图中在真正 ping 之前并没有进行一次 ARP 请求，这也就是说，直接拿了缓存中的 arp 来执行了，另外当 B 计算机进行响应之前还是进行了一次 ARP 请求，它还是要确认下之前的 ARP 缓存是否为正确的。然后结束 ping 操作之后，同样在发一次 ARP 请求，更新下自己的 ARP 缓存。这里和我们的猜想基本一致。

弄懂了 ping 的流程之后我们来解析下之前解释的 ICMP 数据结果是否和抓包的一致。我们来点击一个 ping request 看看 ICMP 协议详情：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
图中红框内就行 ICMP 协议的详情了，这里的 Type=8, code=0, 校验是正确。我们对比就知道了这是一个请求报文。我们再点击 Response frame:57，这里说明响应报文在序号 57。详情如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5MjI5NTY3_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

上图的响应报文，Type=0, code=0。这里知道就是响应报文了，然后最后就是根据请求和响应的时间戳计算出来的响应延迟。3379.764 ms-3376.890 ms=2.874 ms。

## 四、总结 ##

通过分析一次完整的 ping 请求过程，我们明白了ping 命令是依托于 ICMP 协议的，ICMP 协议的存在就是为了更高效的转发 IP 数据报和提高交付成功的机会。

ping 命令除了依托于 ICMP，在局域网下还要借助于 ARP 协议，ARP 协议能根据 IP 地址查出计算机 MAC 地址。ARP 是有缓存的，为了保证 ARP 的准确性，计算机会更新 ARP 缓存。

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