当 Ping 命令后，背后发生了什么？

作者 | 木木匠

链接 | my.oschina.net/luozhou/blog/2992137

01 概览

对于 ping命令，想必只要是程序员都知道吧？当我们检查网络情况的时候，最先使用的命令肯定是 ping命令吧？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（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， ping是如何检查网络的？大家之前有了解吗？接下来我们来跟着 ping命令走一圈，看看 ping是如何工作的。

02 环境准备和抓包

• 环境准备

抓包工具：Wireshark 准备两台电脑，进行互 ping操作：

1. A电脑（IP地址： 192.168.2.135 / MAC地址： 98:22:EF:E8:A8:87）

2. B电脑（IP地址： 192.168.2.179 / MAC地址： 90:A4:DE:C2:DF:FE）

• 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

抓包情况如下：

这里先简单的介绍下Wireshark的控制面板，这个面板包含7个字段，分别是：

• NO: 编号

• Time: 包的时间戳

• Source: 源地址

• Destination: 目标地址

• Protocol: 协议

• Length: 包长度

• Info: 数据包附加信息

03 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， 那么什么是 ICMP 协议呢？这里简单介绍下：

• 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。

• ICMP协议的数据格式

根据上图我们知道了 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。

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：

• ARP协议

我们知道，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（ AddressResolutionProtocol）的作用就是根据 IP地址查找出对应的 MAC地址。

• 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，其流程如下：

1. A 电脑（ 192.168.2.135）发起 ping请求， ping192.168.2.179

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

4. 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，所以就可以根据源 MAC地址进行响应了。

上面的请求过程我画成流程图比较直观一点：

观察仔细的朋友可能已经发现，Ping 4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？这里我猜测应该是有 2个原因：

• 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。

• 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：

我们看看第二次 ping的抓包

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，同样再发一次 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

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，且这是一个请求报文。我们再点击Responseframe:57，这里说明响应报文在序号 57。详情如下：

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。 3379.764ms-3376.890ms=2.874ms。

04 总结

我们分析了一次完整的 ping请求过程， 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地址反查出计算机的 MAC地址。另外 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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