ping的工作流程(转)

我们以下面一个网络为例:有A、B、C、D四台机子,一台路由RA,子网掩码均为255.255.255.0,默认路由为192.168.0.1

  1.在同一网段内

  在主机A上运行“Ping 192.168.0.5”后,都发生了些什么呢? 首先,Ping命令会构建一个固定格式的ICMP请求数据包,然后由ICMP协议将这个数据包连同地址“192.168.0.5”一起交给IP层协议(和ICMP一样,实际上是一组后台运行的进程),IP层协议将以地址“192.168.0.5”作为目的地址,本机IP地址作为源地址,加上一些其他的控制信息,构建一个IP数据包,并想办法得到192.168.0.5的MAC地址(物理地址,这是数据链路层协议构建数据链路层的传输单元——帧所必需的),以便交给数据链路层构建一个数据帧。关键就在这里,IP层协议通过机器B的IP地址和自己的子网掩码,发现它跟自己属同一网络,就直接在本网络内查找这台机器的MAC,如果以前两机有过通信,在A机的ARP缓存表应该有B机IP与其MAC的映射关系,如果没有,就发一个ARP请求广播,得到B机的MAC,一并交给数据链路层。后者构建一个数据帧,目的地址是IP层传过来的物理地址,源地址则是本机的物理地址,还要附加上一些控制信息,依据以太网的介质访问规则,将它们传送出去。

  主机B收到这个数据帧后,先检查它的目的地址,并和本机的物理地址对比,如符合,则接收;否则丢弃。接收后检查该数据帧,将IP数据包从帧中提取出来,交给本机的IP层协议。同样,IP层检查后,将有用的信息提取后交给ICMP协议,后者处理后,马上构建一个ICMP应答包,发送给主机A,其过程和主机A发送ICMP请求包到主机B一模一样。

  2.不在同一网段内

  在主机A上运行“Ping 192.168.1.4”后,开始跟上面一样,到了怎样得到MAC地址时,IP协议通过计算发现D机与自己不在同一网段内,就直接将交由路由处理,也就是将路由的MAC取过来,至于怎样得到路由的MAC,跟上面一样,先在ARP缓存表找,找不到就广播吧。路由得到这个数据帧后,再跟主机D进行联系,如果找不到,就向主机A返回一个超时的信息。

<think>我们之前已经详细讨论过Tracert(路由追踪)命令的工作流程和原理。现在用户向询问Ping命令的工作流程图。根据引用内容,Ping命令主要用来检查网络连通性和延迟,其核心是ICMP协议的使用。 分析引用内容: - 引用[1]提到Ping命令用于检查网络情况的两个指标:是否超时和延迟高低,并提到抓包工具的使用环境准备。 - 引用[2]描述了Ping命令的工作原理,特别是在局域网内和跨网段的情况,涉及ARP请求和路由发。 - 引用[3]展示了实际Ping外网的结果输出,包含ICMP序列号、TTL和往返时间。 - 引用[4]详细说明了跨网段Ping过程中的ARP解析步骤。 用户需求:Ping命令工作流程图。 设计思路: 1. 流程图应覆盖Ping命令执行的完整过程,包括本地决策、ARP查询、ICMP请求与响应处理等。 2. 需区分同一网段和不同网段两种情况(如引用[2]和[4]提到的)。 3. 结合引用[3]的实际输出,体现ICMP报文的关键字段(如序列号、TTL、时间戳)。 4. 注意引用[1]中关于超时和延迟的判定逻辑。 流程图采用树状层级结构表示,分为以下几个主要阶段: A. 命令解析与初始化 B. 目标地址解析(域名→IP) C. 路由决策(同一网段/不同网段) D. ARP解析(如需要) E. ICMP报文发送与响应处理 F. 结果输出 具体流程如下: </think>### Ping命令工作流程Ping命令通过ICMP协议探测网络连通性,其工作流程遵循清晰的树状结构,具体如下: ``` Ping命令执行树 ├─ 1. 命令初始化层 │ ├─ 用户输入命令 (ping www.baidu.com) │ └─ 参数解析 │ ├─ -t 持续发送 [^3] │ ├─ -n 指定包数量 [^3] │ └─ -l 设置包大小 [^3] │ ├─ 2. 目标解析层 │ ├─ DNS查询 │ │ ├─ 检查本地缓存 │ │ └─ 递归查询域名→IP (如 www.baidu.com → 121.201.112.137) [^3] │ │ │ └─ 路由决策 │ ├─ 同一子网? │ │ ├─ 是 → 直接ARP查询目标MAC [^4] │ │ └─ 否 → ARP查询网关MAC [^2] │ ├─ 3. ICMP交互层 (核心流程) │ ├─ 发送ICMP请求 (Type=8) │ │ ├─ 封装IP头部 (源IP/目标IP/TTL)[^2] │ │ ├─ 封装ICMP头部 (Type/Code/Checksum) [^1] │ │ ├─ 包含载荷数据 (默认56字节) [^3] │ │ └─ 记录发送时间 $T_{send}$ [^1] │ │ │ ├─ 响应处理 │ │ ├─ 接收ICMP应答 (Type=0) │ │ │ ├─ 校验报文完整性 │ │ │ ├─ 计算时延: $\Delta t = T_{recv} - T_{send}$ [^1] │ │ │ └─ 解析TTL值 (如 ttl=51) [^3] │ │ │ │ │ └─ 错误处理 │ │ ├─ ICMP目标不可达 (Type=3) → 显示"目标主机不可达" │ │ └─ 请求超时 → 显示"请求超时" [^1] │ │ │ └─ 循环控制 │ ├─ 默认发送4个包 (Windows) [^3] │ └─ 统计丢包率: $\text{丢包率} = \frac{\text{丢失包数}}{\text{总包数}} \times 100\%$ │ └─ 4. 结果输出层 ├─ 表格化统计 │ ├─ 示例输出: │ │ 字节=32 时间=19ms TTL=51 │ │ 字节=32 时间=18ms TTL=51 │ │ 丢包率 = 0% │ │ 平均时延 = 19.2ms │ └─ 连通性判定 ├─ 收到应答 → 网络连通 └─ 100%丢包 → 网络中断 [^1] ``` ### 关键技术原理 1. **ICMP协议交互** - 请求包: ICMP Type=8 (Echo Request) - 响应包: ICMP Type=0 (Echo Reply) 每次交互包含相同标识符和序列号用于匹配[^1] 2. **跨网段路由机制** 目标IP不在同一子网时: $$ \begin{align*} \text{源MAC} & → \text{网关MAC} \\ \text{目标MAC} & → \text{网关MAC} \end{align*} $$ 网关根据路由表发并替换MAC地址[^2][^4] 3. **TTL生存机制** 每经过路由器TTL减1: $$ \text{最终TTL} = \text{初始TTL} - \text{经过跳数} $$ 初始值通常为64(Linux)/128(Windows),通过响应TTL反推路径长度[^3] 4. **时延检测模型** 计算最小/最大/平均往返时延(RTT): $$ \text{平均RTT} = \frac{\sum_{i=1}^{n} \Delta t_i}{n} $$ 反映网络拥塞程度[^1] ### 典型场景分析 1. **局域网通信** (同子网) ```mermaid graph LR A[本机] --ARP广播--> B[目标主机] B --ICMP Reply--> A ``` 2. **跨网段通信** ```mermaid graph LR A[本机] --ARP请求网关MAC--> G[网关] G --路由发--> R[路由器] R --ICMP请求--> T[目标主机] T --ICMP应答--> A ``` 该流程图完整展示了Ping命令的分层探测机制,适用于网络连通性诊断和链路质量评估[^1][^2]。
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