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<h1 class="post-title" itemprop="name headline">Ping命令原理</h1>
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2018-10-26
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<div style="text-align:center;color: #636363;font-size:14px;letter-spacing: 10px">���Ľ�����<i class="fa fa-bell"></i>��л�����Ķ�</div>
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</div>
<p>ping命令是用来确定本地主机与网络中其他主机的网络通信情况，或者查看是否是为有效IP。 ping的工作原理：网络另一主机发送ICMP报文，通过返回信息判断网络连接状况。没有通过传输层的TCP或者UDP。 ping的返回信息中有一个值为TTL（time to live）表示ping程序发送的ICMP数据包的生存周期，每经过一个网段，TTL减1，当其值被减到0时，改数据包将被丢弃，该数据包的源地址被告知的情况下，以重新发送数据包。</p>
<p>ping命令 背后涉及网络层的ARP->ICMP->IP协议。</p>
<h1 id="ping的流程"><a href="#ping的流程" class="headerlink" title="ping的流程"></a><strong>ping的流程</strong></h1><ul>
<li> 创建通信套接字</li>
<li> 将地址、端口信息于套接字绑定</li>
<li> 构建IP包头与ICMP包头</li>
<li> 发送构建数据包</li>
<li> 接收对方主机回应</li>
<li> 给出程序反馈信息</li>
</ul>
<h1 id="ICMP协议"><a href="#ICMP协议" class="headerlink" title="ICMP协议"></a><strong>ICMP协议</strong></h1><p>即网际控制报文协议，可在网络中实现主机探测，路由维护、路由选择和流量控制。 由于IP协议没有机制来获取网络错误信息以及对错误进行处理，所以需要一个协议—ICMP协议来解决这个问题，ICMP是IP层的一部分，用于传输差错报文及控制报文，遇到错误时能把错误报告给源发送方，ICMP报文是封装在IP数据报内部。</p>
<h2 id="ICMP包头格式"><a href="#ICMP包头格式" class="headerlink" title="ICMP包头格式"></a>ICMP包头格式</h2><p>ICMP报文分为两种，一是差错报告报文，二是查询报文。每个ICMP报头均包含类型（8B）、编码（8B）、校验（16B）三项内容。其余选项岁ICMP功能不同而不同。 ping命令只适用众多ICMP报文中的两种：“回送请求（ICMP_ECHO）”和“回送回答报文（ICMP_ECHOREPLY）”，往返的ICMP报文中都有时间戳。 ICMP是（Internet Control Message Protocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。</p>
<h1 id="ping的两情况下ARP的过程"><a href="#ping的两情况下ARP的过程" class="headerlink" title="ping的两情况下ARP的过程"></a>ping的两情况下ARP的过程</h1><p>一种是同一网段内，一种是跨网段的ping。 <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/mushi.png" alt=""></p>
<h2 id="1-同一网段内ping"><a href="#1-同一网段内ping" class="headerlink" title="1.同一网段内ping"></a>1.<strong>同一网段内ping</strong></h2><p>首先，如果主机A，要去ping主机B，那么主机A，就要封装二层报文，他会先查自己的MAC地址表，如果没有B的MAC地址，就会向外发送一个ARP广播包，如图: <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/12121-1.png" alt=""> 其中ARP报文格式如下: <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/arp.png" alt=""> 其中OP : 1：表示ARP请求 2：表示ARP应答 3：表示RARP请求 4：表示RARP应答 首先，交换机会收到这个报文后，交换机有学习MAC地址的功能，所以他会检索自己有没有保存主机B的MAC地址，如果有，就返回给主机A，如果没有，就会向所有端口发送ARP广播，其它主机收到后，发现不是在找自己，就纷纷丢弃了该报文，不去理会。直到主机B收到了报文后，就立即响应，我的MAC地址是多少，同时学到主机A的MAC地址，并按同样的ARP报文格式返回给主机A。如图： <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/21111111111111111111111113.png" alt=""> ARP报文格式为： <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/arp-1.png" alt=""> 这时候主机A学到了主机B的MAC地址，就把这个MAC地址封装到ICMP协议的二层报文中向主机B发送，报文格式如下： <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/baowen.png" alt=""> 当主机B收到了这个报文后，发现是主机A 的ICPM回显请求，就按同样的格式，返回一个值给主机A，这样就完成了同一网段内的ping过程。 <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/目的.png" alt=""> 在这里，讲了这么久的局域网内的PING，实际过程的发生不到1毫秒。</p>
<h2 id="2-不同网段内ping"><a href="#2-不同网段内ping" class="headerlink" title="2.不同网段内ping"></a>2.不同网段内ping</h2><p>如果主机A要ping主机C，那么主机A发现主机C的IP和自己不是同一网段，他就去找网关转发，但是他也不知道网关的MAC地址情况下呢？他就会向之前那个步骤一样先发送一个ARP广播，学到网关的MAC地址，再发封装ICMP报文给网关路由器.。报文格式如下： <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/格式2.png" alt=""> 当路由器收到主机A发过来的ICMP报文，发现自己的目的地址是其本身MAC地址，根据目的的IP2.1.1.1，查路由表，发现2.1.1.1/24的路由表项，得到一个出口指针，去掉原来的MAC头部，加上自己的MAC地址向主机C转发。(如果网关也没有主机C的MAC地址，还是要向前面一个步骤一样，ARP广播一下即可相互学到。路由器2端口能学到主机D的MAC地址，主机D也能学到路由器2端口的MAC地址。)报文格式如下： <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/格式3.png" alt=""> 最后，在主机C已学到路由器2端口MAC地址，路由器2端口转发给路由器1端口，路由1端口学到主机A的MAC地址的情况下，他们就不需要再做ARP解析，就将ICMP的回显请求回复过来。报文格式大致如下: <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/格式4.png" alt=""> </p>
<h1 id="ping过程总结"><a href="#ping过程总结" class="headerlink" title="ping过程总结"></a>ping过程总结</h1><h2 id="1-相同网段"><a href="#1-相同网段" class="headerlink" title="1.相同网段"></a>1.相同网段</h2><ol>
<li>主机A要去Ping主机B， 主机A会封装两层报文，主机A先检查自己MAC地址中是否有B的MAC地址，如果没有就向外发送一个ARP广播包。</li>
<li>交换机收到这个ARP后，会检查在交换机中是否包含B的MAC地址，如果有就直接返回给A；如果没有就向所有端口发送ARP，该网段的主机的MAC如果与B的MAC地址不同就丢弃，如果主机B收到了该ARP就马上返回相同格式的ARP。</li>
<li>这时主机A已经有了B的MAC地址，就把B的MAC地址封装到ICMP报中，向主机B发送一个回显请求。</li>
<li>主机B收到该报文后，知道是主机A的一个回显请求，就会返回一个相同格式的报文。这样就完成了同一个网段的Ping的过程。</li>
</ol>
<h2 id="2-ping某个域名的过程"><a href="#2-ping某个域名的过程" class="headerlink" title="2.ping某个域名的过程"></a>2.ping某个域名的过程</h2><ol>
<li>首先本机发送域名请求数据到PC设置的DNS ip</li>
<li>PC通过子网掩码判断DNS ip是本网段还是跨网段（这里只考虑跨网段）</li>
<li>由于是跨网段，PC发送DNS域名解析数据包到PC设置的网关ip上。（此时先要进行二层的mac转发，PC查看本机arp缓存表，如果表中有网关的mac地址，直接转发，如果没有，使用arp解析协议解析到网关的mac地址。之后封装成数据帧发送到三层网络层）此时PC发送三层数据到网关，源地址为PC内网地址，目的地址为DNS ip地址。而在二层源mac地址为PC mac地址，目的mac地址为网关mac地址。</li>
<li>路由内网网关收到数据包，根据数据包的目的地址，查看路由表。根据路由表发送数据到下一跳上。（发送前，数据到达路由外网端口，会根据nat地址转换配置。形成一条内网ip+port与外网ip+port的一一对应关系。）</li>
<li>发送到下一跳和内网通信都是一样的，查看路由arp缓存表，如果有下一跳mac地址，就直接发送，没有的话需要arp协议解析一下。</li>
<li>对端路由收到数据包，再接着根据路由表判断下一跳。这样一跳一跳地，最后到达DNS服务器。服务器将查询结果返回。</li>
<li>返回的数据包在ISP的网络里最后寻址到你的路由器上，你的路由器收到数据包后，会查询路由nat连接表，寻找ip+port关系对应的内网ip。拆分数据包，封装成帧，最后PC收到域名对应的ip地址。</li>
</ol>
<p>【到这里，域名解析过程完成，接下来ping对方ip，过程与上面几乎一样】</p>
<ol>
<li>再发起一次PC到目的域名ip地址的一次ping请求信息</li>
<li>PC通过子网掩码判断对方ip是本网段还是跨网段（这里只考虑跨网段）</li>
<li>由于是跨网段，PC发送数据包到网关ip上。</li>
<li>路由内网网关收到数据包，根据数据包的目的地址，查看路由表。根据路由表发送数据到下一跳上。（发送前，数据到达路由外网端口，会根据nat地址转换配置。形成一条内网IP+port与外网ip+port的一一对应关系。）</li>
<li>发送到下一跳和内网通信都是一样的，查看路由arp缓存表，如果有下一跳mac地址，就直接发送，没有的话就是要arp协议解析一下。</li>
<li>服务器收到数据包后，会重新构建一个ICMP应答包，然后返回。</li>
<li><p>返回的数据包在ISP的网络里最后寻址到你的路由器上，你的路由器收到数据包后，会查询路由nat连接表，寻找ip+port关系对应的内网ip。拆分数据包，封装成帧，最后PC收到ICMP应答数据包。</p>
<p>整个过程到此结束。在整个这个过程中，源ip地址和目的ip地址是不变的（内网到路由器段不算在内）而mac地址是变的。</p>
</li>
</ol>
<h1 id="ping用法"><a href="#ping用法" class="headerlink" title="ping用法"></a>ping用法</h1><pre><code>D:\Users\***>ping /?
用法: ping [-t] [-a] [-n count] [-l size] [-f] [-i TTL] [-v TOS]
[-r count] [-s count] [[-j host-list] | [-k host-list]]
[-w timeout] [-R] [-S srcaddr] [-c compartment] [-p]
[-4] [-6] target_name
选项:
-t Ping 指定的主机，直到停止。
若要查看统计信息并继续操作，请键入 Ctrl+Break；
若要停止，请键入 Ctrl+C。
-a 将地址解析为主机名。
-n count 要发送的回显请求数。
-l size 发送缓冲区大小。
-f 在数据包中设置“不分段”标记(仅适用于 IPv4)。
-i TTL 生存时间。
-v TOS 服务类型(仅适用于 IPv4。该设置已被弃用，
对 IP 标头中的服务类型字段没有任何
影响)。
-r count 记录计数跃点的路由(仅适用于 IPv4)。
-s count 计数跃点的时间戳(仅适用于 IPv4)。
-j host-list 与主机列表一起使用的松散源路由(仅适用于 IPv4)。
-k host-list 与主机列表一起使用的严格源路由(仅适用于 IPv4)。
-w timeout 等待每次回复的超时时间(毫秒)。
-R 同样使用路由标头测试反向路由(仅适用于 IPv6)。
根据 RFC 5095，已弃用此路由标头。
如果使用此标头，某些系统可能丢弃
回显请求。
-S srcaddr 要使用的源地址。
-c compartment 路由隔离舱标识符。
-p Ping Hyper-V 网络虚拟化提供程序地址。
-4 强制使用 IPv4。
-6 强制使用 IPv6。
</code></pre><h1 id="ping使用步骤"><a href="#ping使用步骤" class="headerlink" title="ping使用步骤"></a>ping使用步骤</h1><p>一般我们直接使用第e步，用来测试本机与外网是否连通。 a.使用ipconfig /all观察本地网络设置是否正确; b.Ping 127.0.0.1，127.0.0.1 回送地址Ping回送地址是为了检查本地的TCP/IP协议有没有设置好; c.Ping本机IP地址，这样是为了检查本机的IP地址是否设置有误; d.Ping本网网关或本网IP地址，这样的是为了检查硬件设备是否有问题，也可以检查本机与本地网络连接是否正常；（在非局域网中这一步骤可以忽略） e.Ping远程IP地址，这主要是检查本网或本机与外部的连接是否正常。</p>
<h1 id="判断一条链路好坏"><a href="#判断一条链路好坏" class="headerlink" title="判断一条链路好坏"></a><strong>判断一条链路好坏</strong></h1><p>Ping这个命令除了可以检查网络的连通和检测故障以外，还有一个比较有趣的用途，那就是可以利用它的一些返回数据，来估算你跟某台主机之间的速度是多少字节每秒。</p>
<p>我们先来看看它有那些返回数据。</p>
<pre><code>D:\Users\zyb>ping www.baidu.com
正在 www.a.shifen.com [115.239.211.112] 具有 32 字节的数据:
来自 115.239.211.112 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=119
来自 115.239.211.112 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=119
来自 115.239.211.112 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=119
来自 115.239.211.112 的回复: 字节=32 时间=4ms TTL=119
115.239.211.112 的 Ping 统计信息:
数据包: 已发送 = 4，已接收 = 4，丢失 = 0 (0% 丢失)，
往返行程的估计时间(以毫秒为单位):
最短 = 4ms，最长 = 4ms，平均 = 4ms
</code></pre><p>在例子中”bytes=32”表示ICMP报文中有32个字节的测试数据，”time=4ms”是往返时间。 Sent 发送多个秒包、Received 收到多个回应包、Lost 丢弃了多少个Minmum 最小值 、MAXimun 最大值、Average 平均值。所在图上来看，来回只用了4MS 时间，lost =0 即是丢包数为0，网络状态相当良好。 (更详细可以使用-n参数 “ping –n 100 IP地址” ping 100次。查看 Sent Received Lost Minmum MAXimun Average 这些值的变化。)</p>
<h1 id="对Ping后返回信息的分析"><a href="#对Ping后返回信息的分析" class="headerlink" title="对Ping后返回信息的分析"></a><strong>对Ping后返回信息的分析</strong></h1><h2 id="1-Request-timed-out"><a href="#1-Request-timed-out" class="headerlink" title="1.Request timed out"></a>1.Request timed out</h2><p>这是大家经常碰到的提示信息，很多文章中说这是对方机器置了过滤ICMP数据包，从上面工作过程来看，这是不完全正确的，至少有下几种情况。 <img src="http://www.dhu021.top/wp-content/uploads/2018/10/微信截图_20181026142857-300x170.png" alt=""></p>
<p>（1） 对方已关机，或者网络上根本没有这个地址：比如在上图中主机A中PING 192.168.0.7 ，或者主机B关机了，在主机A中PING 192.168.0.5 都会得到超时的信息。</p>
<p>（2）对方与自己不在同一网段内，通过路由也无法找到对方，但有时对方确实是存在的，当然不存在也是返回超时的信息。</p>
<p>（3）对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤（比如防火墙设置）。</p>
<p>怎样知道对方是存在，还是不存在呢，可以用带参数 -a 的Ping命令探测对方，如果能得到对方的NETBIOS名称，则说明对方是存在的，是有防火墙设置，如果得不到，多半是对方不存在或关机，或不在同一网段内。</p>
<p>（4）错误设置IP地址</p>
<p>正常情况下，一台主机应该有一个网卡，一个IP地址，或多个网卡，多个IP地址（这些地址一定要处于不同的IP子网）。但如果一台电脑的“拨号网络适配器”（相当于一块软网卡）的TCP/IP设置中，设置了一个与网卡IP地址处于同一子网的IP地址，这样，在IP层协议看来，这台主机就有两个不同的接口处于同一网段内。当从这台主机Ping其他的机器时，会存在这样的问题：</p>
<p>A.主机不知道将数据包发到哪个网络接口，因为有两个网络接口都连接在同一网段。</p>
<p>B.主机不知道用哪个地址作为数据包的源地址。因此，从这台主机去Ping其他机器，IP层协议会无法处理，超时后，Ping 就会给出一个“超时无应答”的错误信息提示。但从其他主机Ping这台主机时，请求包从特定的网卡来，ICMP只须简单地将目的、源地址互换，并更改一些标志即可，ICMP应答包能顺利发出，其他主机也就能成功Ping通这台机器了。</p>
<h2 id="2-Destination-host-Unreachable"><a href="#2-Destination-host-Unreachable" class="headerlink" title="2.Destination host Unreachable"></a>2.Destination host Unreachable</h2><p>（1） 对方与自己不在同一网段内，而自己又未设置默认的路由，比如上例中A机中不设定默认的路由，运行Ping 192.168.0.1.4就会出现“Destination host Unreachable”。</p>
<p>（2）网线出了故障</p>
<p>这里要说明一下“destination host unreachable”和 “time out”的区别，如果所经过的路由器的路由表中具有到达目标的路由，而目标因为其他原因不可到达，这时候会出现“time out”，如果路由表中连到达目标的路由都没有，那就会出现“destination host unreachable”。</p>
<h2 id="3-Bad-IP-address"><a href="#3-Bad-IP-address" class="headerlink" title="3.Bad IP address"></a>3.Bad IP address</h2><p>这个信息表示您可能没有连接到DNS服务器，所以无法解析这个IP地址，也可能是IP地址不存在。</p>
<h2 id="4-Source-quench-received"><a href="#4-Source-quench-received" class="headerlink" title="4.Source quench received"></a>4.Source quench received</h2><p>这个信息比较特殊，它出现的机率很少。它表示对方或中途的服务器繁忙无法回应。</p>
<h2 id="5-Unknown-host——不知名主机"><a href="#5-Unknown-host——不知名主机" class="headerlink" title="5.Unknown host——不知名主机"></a>5.Unknown host——不知名主机</h2><p>这种出错信息的意思是，该远程主机的名字不能被域名服务器（DNS）转换成IP地址。故障原因可能是域名服务器有故障，或者其名字不正确，或者网络管理员的系统与远程主机之间的通信线路有故障。</p>
<h2 id="6-No-answer——无响应"><a href="#6-No-answer——无响应" class="headerlink" title="6.No answer——无响应"></a>6.No answer——无响应</h2><p>这种故障说明本地系统有一条通向中心主机的路由，但却接收不到它发给该中心主机的任何信息。故障原因可能是下列之一：中心主机没有工作；本地或中心主机网络配置不正确；本地或中心的路由器没有工作；通信线路有故障；中心主机存在路由选择问题。</p>
<h2 id="7-Ping-127-0-0-1"><a href="#7-Ping-127-0-0-1" class="headerlink" title="7.Ping 127.0.0.1"></a>7.Ping 127.0.0.1</h2><p>127.0.0.1是本地循环地址</p>
<p>如果本地址无法Ping通，则表明本地机TCP/IP协议不能正常工作。</p>
<h2 id="8-no-rout-to-host"><a href="#8-no-rout-to-host" class="headerlink" title="8.no rout to host"></a>8.no rout to host</h2><p>网卡工作不正常。</p>
<h2 id="9-transmit-failed，error-code"><a href="#9-transmit-failed，error-code" class="headerlink" title="9.transmit failed，error code"></a>9.transmit failed，error code</h2><p>10043网卡驱动不正常。</p>
<h2 id="10-unknown-host-name"><a href="#10-unknown-host-name" class="headerlink" title="10.unknown host name"></a>10.unknown host name</h2><p>DNS配置不正确。</p>
</div>
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<strong>本文作者：</strong>
小蜜蜂
</li>
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本博客所有文章除特别声明外，均采用 <a href="https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/" rel="external nofollow" target="_blank">CC BY-NC-SA 3.0</a> 许可协议。转载请注明出处！
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