写给非网工的CCNA教程(4)聊聊ping命令后的原理（续）

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本文基于ARP、IP、ICMP协议基础，以PC-A ping PC-B为例讲解ping命令原理。先明确A、B已知和未知信息，介绍路由表及配置IP后生成的表项，再分析原理，包括A查路由表、ARP表，发送ARP广播获取B的MAC地址，A、B互发ICMP请求和响应。

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前文我们讲解了ARP协议、IP协议、ICMP协议，有了这些基础，咱们再来讲解ping命令后面的原理，就简单多了。我们以一个例子来讲解，如下图所示，PC-A【10.74.97.116 /28】要去ping PC-B【10.74.97.125 /28】，看是否能ping通。A与B之间是通过网线直连，这也是把问题简单话，现实中直连的场景还是毕竟少，不过本文是讲解ping的原理，所以其他的简化，突出重点。

1 前提

在分析之前，我们先得搞清楚几点：

（1）对A而言，自己的IP地址、子网掩码、MAC地址这些信息都是已知的；

（2）对A而言，B的IP地址是知道的，A要去ping B，肯定会知道B的IP地址，要不然ping谁去；

（3）对A而言，B的子网掩码、MAC地址这些都是不知道的，没人告诉它。

对B而言，也是一样。我们只分析A发送数据给B的过程，至于B回复数据给A的过程，道理是一样的。读者理解A到B的数据发送原理后，可以自己试着分析B回复数据给A的过程。

2 路由表简单介绍

任何需要通过IP地址通信的设备，都会在本地维持这一个路由表。比如Windows可以通过命令【route print -4】查看路由表，Linux可以通过命令【ip route】查看。当一个设备的接口配置了IP地址并且接口状态是up的时候，会在本地路由表中，生成几条路由表项。

例如本例中的PC-A（Windows），给网卡配置了IP地址【10.74.97.114 /24】后，会在路由表中生成以下表项。

C:\Users\wenca>route print -4

Network Destination   Netmask              Gateway       Interface      Metric
10.74.97.112          255.255.255.240      On-link       10.74.97.116   291
10.74.97.116          255.255.255.255      On-link       10.74.97.116   291
10.74.97.127          255.255.255.255      On-link       10.74.97.116   291

可以发现A中路由表多了三条表项，第一条是到此IP所在网段（子网）的路由，第二条是到此IP自己的路由，第三条是到此IP对应的网段广播地址的路由。而且三条路由的Gateway都是On-link，表示这这三条都是直连路由。也就是去往这三个目的地，直接二层封包即可，不需要先把数据包给到Gateway，让Gateway去转发。

本例中的PC-B（Linux），网卡配置了IP地址【10.74.97.125 /24】，对应的路由表如下所示。

root@wenca-dell:~$ ip route 

10.74.97.112/28 dev eth0  proto kernel  scope link  src 10.74.97.116

3 原理分析

在A【ip地址为10.74.97.116 /28】的命令行下，敲入【ping 10.74.97.125】，如下所示。

C:\Users\wenca>ping 10.74.97.125

（1）A查找路由表：找去往B的路由

A根据目的IP地址【10.74.97.125】，去查找自己的路由表。发现该地址【10.74.97.125】匹配了路由表知道第一条，而是找到对应的Gateway【On-link】，表示A自己与B在同一个网段。

（2）A查找ARP表：找B的MAC地址

A发现B与自己在同一个网段，于是用B的IP地址，去找ARP表，没有找到B的IP地址对应的MAC地址。

然后A发送ARP广播请求，询问【10.74.97.125】对应的MAC地址是多少，如下图所示。

B收到此广播后回复此ARP广播，告诉A自己（B）的MAC地址多少，如下图所示。

A收到B的回复后，把B的IP地址和MAC地址映射关系写到ARP表中，方便将来的查询，如下所示。

C:\Users\wenca>arp -a

Interface: 10.74.97.116 --- 0x5
  Internet Address      Physical Address      Type
  10.74.97.125          00-50-56-89-0a-1b     dynamic

（3）A发送ICMP请求给B，B回复

上面完成后，A已经有了B的IP地址和MAC地址，发送ICMP请求包，如下图所示。

B收到此ICMP请求包以后，准备回复此ICMP请求，但是没有A的MAC，而是发送ARP广播，请求A的MAC。

A收到此ARP广播后，回复此请求，如下图所示（我的抓包过滤了A的MAC，因此不会看到B的ARP广播）。

B收到A的ARP响应报文后，知道了A的IP地址和MAC地址，于是发送ICMP响应报文，如下图所示。

至于后面的NO.6--NO.11，是因为Windwos上执行ping命令，默认会发送4此ICMP请求，如下图所示。

可以看到在后面的3此ICMP交互期间，是没有ARP包的，那是因为A和B已经知道了对方的IP和MAC，记录在各自的ARP表中。

（4）在A的命令行界面下可以看到结果如下所示。

C:\Users\wenca>ping 10.74.97.125

Pinging 10.74.97.125 with 32 bytes of data:
Reply from 10.74.97.125: bytes=32 time=5ms TTL=128
Reply from 10.74.97.125: bytes=32 time=2ms TTL=128
Reply from 10.74.97.125: bytes=32 time=6ms TTL=128
Reply from 10.74.97.125: bytes=32 time=5ms TTL=128