计算机网络——ping命令过程的详解、原理

一、ping命令是用来做什么的？

ping命令是测试网络是否畅通的工具。用于测试网络连接的程序。

ping发送一个ICMP；回声请求消息给目的地并报告是否收到所有希望的icmp echo（ICMP回声应答）。

1、ICMP是什么呢？

ICMP协议（internet control message protocol）因特网控制消息协议的缩写。它是tcp、ip协议的一个子协议，用于在ip主机、路由器之间传递控制消息。

ping命令通常用来作为网络可用性的检查。ping命令可以对一个网络地址发送测试数据包。看该网络地址是否有响应并统计响应时间，以此来测试网络。

2、ping命令和icmp的关系

ping命令发送数据使用的是ICMP协议。执行ping指令会使用ICMP传输协议，发出要求回应的信息，若远端主机的网络功能没有问题，就会回应该信息，因而得知该主机运作正常。

二、ping命令的使用

ping + 目标主机：用来测试本机与目标主机之间是否联通、联通速度如何、稳定性如何。

ping [参数选项] [目标主机]

参数选项：

-c 发包的次数 count

[-w deadline] 多少时间内必须完成 期限

[-W timeout] 超过多少时间就停止  超时

[-i interval] 包和包之间的时间间隔 间隔

ping 同一网段里面的其他IP地址：

[root@nginx-kafka01 python]# ping 192.168.2.43
PING 192.168.2.43 (192.168.2.43) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.2.43: icmp_seq=1 ttl=64 time=6.82 ms
64 bytes from 192.168.2.43: icmp_seq=2 ttl=64 time=3.13 ms
64 bytes from 192.168.2.43: icmp_seq=3 ttl=64 time=10.4 ms
64 bytes from 192.168.2.43: icmp_seq=4 ttl=64 time=4.58 ms
64 bytes from 192.168.2.43: icmp_seq=5 ttl=64 time=3.95 ms
^C
--- 192.168.2.43 ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4010ms
rtt min/avg/max/mdev = 3.132/5.797/10.498/2.651 ms

ping外网：测试能不能进行上网：

[root@nginx-kafka01 python]# ping www.bai.com
PING parking.nodes.gz.com (121.201.112.137) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=1 ttl=51 time=19.5 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=2 ttl=51 time=17.9 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=3 ttl=51 time=22.1 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=4 ttl=51 time=19.1 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=5 ttl=51 time=18.8 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=6 ttl=51 time=18.6 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=7 ttl=51 time=17.6 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=8 ttl=51 time=19.0 ms
64 bytes from 121.201.112.137 (121.201.112.137): icmp_seq=9 ttl=51 time=19.4 ms

三、ping过程的原理

ping过程的详解

       1.如果是域名，先进行域名解析到具体的一个IP

       2.将要ping的IP地址和自己的子网掩码进行与运算，得出相应的网段号

       3.然后到自己的电脑里的路由表里查询是否有到这个网段的路由，如果没有就走默认路由，会有下一跳地址

       4.查看本机arp缓存表里面是否有下一跳地址的mac地址，如果有就直接封装，如果没有就发arp广播获得下一跳地址的mac地址

       5.得到了mac地址后，封装好数据，走物理层（网线）送出数据

举例说明：本机IP：192.168.0.237/24，ping 192.168.90.1的过程：

       1.拿目的IP192.168.90.1和自己的子网掩码进行与运算，得到目的网段192.168.90.0

       2.查看本机的路由表，是否有到达这个网段的路由，如果没有就走默认路由，下一跳地址为192.168.0.1

       3.查看本机arp缓存表里是否有下一跳地址192.168.0.1的Mac地址，如果有就直接封装帧，如果没有，就发arp广播获得192.168.0.1的Mac地址

       4.得到了Mac地址后，封装好数据，走物理层送出数据。

1、ping的是相同网段

从封装的角度讲：

使用A机器去 ping B机器

A:192.168.10.1

B:192.168.10.2

1、应用层--》数据，随机产生数据 假设是32个字节的数据

2、传输层---没有涉及端口号

3、网络层 ping --》icmp协议 --中requests请求包和reply包

icmp协议封装的头部信息中没有没有源地址和目的地址

4、ip协议：ip头部中有，封装成帧，里面有源ip(10.1)和目的ip(10.2)

                                                                         10.1             10.2

5、帧的封装：源mac 和目的mac

自己 发arp广播得到192.168.10.2的mac地址

6、比特流

2、使用 Cisco实验拓扑图来演示这个原理：

步骤是:

1、画拓扑图

2、配置ip地址

3、测试

我们先在这个实验中添加两台pc机，和一个交换机，并配置好ip地址：

先配置pc1和pc5的ip地址分别为：192.168.10.1、192.168.10.2。

配置好ip地址并写好子网掩码、网关。

pc5的配置也是如同pc1一样，网关和子网掩码一样（因为是同一网段的）。

配置好了之后进行测试：使用pc1进行ping测试，ping pc机5：

以下是ping成功的显示结果：两个ip之间能够互相ping，都能ping通。

PC>ping 192.168.10.2
Pinging 192.168.10.2 with 32 bytes of data:
Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=8ms TTL=255
Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=15ms TTL=255
Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=15ms TTL=255
Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=15ms TTL=255
Ping statistics for 192.168.10.2:
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 8ms, Maximum = 15ms, Average = 13ms

PC>ping 192.168.10.1
Pinging 192.168.10.1 with 32 bytes of data:
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time=18ms TTL=128
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time=15ms TTL=128
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time=16ms TTL=128
Reply from 192.168.10.1: bytes=32 time=13ms TTL=128
Ping statistics for 192.168.10.1:
    Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
    Minimum = 13ms, Maximum = 18ms, Average = 15ms

3、ping不同网段之间的ip

A:192.168.20.1

B:192.168.30.1

从封装的角度讲：

1、封装icmp数据和ip包数据

2、先拿目的ip和自己的子网掩码进行与运算得到目标网段是192.168.30.0，然后去查询自己路由表

直连路由：192.168.20.0 ens33

默认路由：192.168.20.254

ip包的封装：

源192.168.20.1 目的ip：192.168.30.1

3、走默认路由，下一跳地址是192.168.20.254

帧：源mac：自己 目的mac：192.168.20.254的mac地址

4、发arp广播得到20.254的mac地址（此时的mac地址是网关）

5、封装帧

6、比特流

通过交换机发送数据，因为交换机只看mac地址。

ip地址在整个互联网里使用，mac地址在局域网里使用。

先到交换机再到路由器。交换机查看mac地址表。

4、使用 Cisco实验拓扑图验证这个原理

1、首先先准备好两台路由器，四台pc机（可以根据自己需要自行选择），两台交换机。画好拓扑图。

2、 先给pc机配置好ip地址、网关：配置流程如上面的一样。

记得一定要配置好网关。如果没有配置pc机，当需要路由去ping跨网段的ip地址是ping的不同的，因为没有网关，ip地址不知道要把数据包发送到哪里，在pc机里面添加网关，就是做配置，就是配置一条默认路由。当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口。

就是比如上图中192.168.10.1去ping192.168.10.2，如果192.168.10.2没有配置网关，使用192.168.10.1去ping192.168.10.2能够ping通，但是不能上网，这是因为PC与RTA直连，ping命令使用的的ICMP报文这是属于IP层的报文不会使用到路由表查询，使用ARP寻路到达目标。

192.168.10.2中没有配置网关：

使用192.168.10.2去ping 192.168.10.1能ping通：

而使用192.168.10.2去ping路由器上的Fa0/1口的192.168.30.2接口上的ip地址是不能ping通的，原理是如上图所说的。

继续进入主题：

然后给router 0的Fa0/0口配置ip地址为：192.168.30.1，Fa0/1口为：192.168.20.3

router 1的ip地址设置为：Fa0/0口为：192.168.10.3，Fa0/1口为：192.168.30.2。

配置流程为：

先扩展一下：路由器的作用是实现扩网段之间进行通信的。

然后可以从拓扑图中看出，我们的router 0直连路由的是20网段和30网段的，而router 1直连路由的是30网段和10网段的。

首先我们先测试192.168.20.2pc机去ping192.168.30.2路由器。

首先跨网段是ping不通的，所以我们需要添加一个静态路由。

路由的优先级是：

① 直连路由

② 静态路由

③动态路由

④ 默认路由

静态路由的添加顺序是：先添加你要到哪个网段去，然后填写子网掩码，最后再填写下一跳路由口的ip地址。

第一个network代表的是要去的目的网段ip：20网段的。

network：192.168.20.0

第二个mask是子网掩码。

mask：255.255.255.0

第三个next hop是指下一跳路由器的ip地址：192.168.30.1。

Next Hop：192.168.30.1

添加成功之后，就可以ping通：192.168.20.2pc  ping   192.168.30.2 pc机

然后我们再试试用192.168.10.2pc1机去ping 192.168.20.2pc2机，这个时候还需要对路由器0router0进行静态路由配置：

network：192.168.10.0

Mask：255.255.255.0

Next Hop：192.168.30.2

大体流程就是这样的，这个计算机网络原理是比较抽象，所以还得多加练习，需要多做实验。