ping不通 找房东——从一个ping包来解析网络转发原理

随着云计算业务的快速发展，国内外云计算企业的专利之争也愈发激烈。在云计算这样的技术领域，专利储备往往代表着企业最新的技术实力。华云数据本期“智汇华云”专栏将从一个ping包来解析网络转发原理，与大家共同分享云计算领域的最新技术与解决方案。

背景

“房东，我ping不通了”，相信在外打工租房的各位都有过这个经历吧。ping不通，一个简单的现象，其实蕴藏着很多的过程，今天我们就来谈谈，ping不通该怎么办。

基础概念

在说这些之前，先介绍几个概念：

1、ping包
ping包走的是ICMP协议，什么是ICMP协议呢，Internet控制报文协议，字面意思不好理解，作用很简单，就是发送一些控制消息，来检测链路。

要了解一个协议，我们一般先看它是怎么封装的，查什么书籍都是假的，最好的办法就是自己去抓一个包看看，抓包的工具有很多种，我喜欢用wireshark(windows)和tcpdump(linux)，抓包工具怎么用，自行去度娘。
抓到的报文如下，一步步慢慢分析：

首先是以太头

 

我们知道，MAC地址是用来唯一标识网卡的，暂时理解为网卡门牌号吧。

DMAC：目的mac，也就是你的数据包要发给谁，
SMAC：源mac，你自己网卡的门牌号
type：数据包的类型
Tips: 小知识，这里插一句，如果是三层转发，DMAC一般是你网关的mac地址，如果是二层转发，DMAC则是目的端的MAC地址，这也是区分一个数据包是二层还是三层转发最好的方法。

 

 
IP层，主要看几个吧。

dscp：最大的用处就是区分报文优先级，我们都知道，协议报文需要高优先级
flags：分片的标志，下面的fragment offset是指分片的偏移量
protocol:  协议类型，可以看到 我们的ping是通过icmp协议

icmp里面比较重要的2个 type和code，以此来决定这个icmp报文是干嘛的。

 

这里的type 8 code 0，是icmp request，具体这些代表什么意思，我们可以去查RFC792
https://tools.ietf.org/html/rfc792

WHAT?什么是RFC，我只听过KFC，问题不大，自己去度娘。

 

2、ARP
ARP是什么，地址解析，所谓的地址解析就是根据IP地址来获取MAC地址，上面的报文你也看到了，你要ping别人，要知道别人的IP，别人的mac，发到网关的需要知道网关的mac，发到目的端的需要知道目的端的mac。
ARP的过程很简单，客户端先发一个ARP请求，比如你知道了10.10.10.10这个IP，但是你不知道mac，你就需要发一个ARP请求来获取。

好了 我们照例抓一个包，来看看ARP是怎么工作的。

 

ARP的请求报文是一个广播报文，所以他的dmac就是ff:ff:ff:ff:ff:ff，你知道了对方的IP，但是不知道对方的mac，所以你的target mac就填00:00:00:00:00:00就行，看上图，这是一个ARP请求报文，我想知道10.51.30.122的mac是多少。ARP请求报文会在局域网广播，如果你不是10.51.30.122，那么你收到这个报文后，会直接丢弃不处理，如果你恰好是10.51.30.122这个IP，那么就会做一个ARP应答。
我们再来看一个ARP应答报文。

10.51.30.122这个地址收到ARP请求后，会发一个单播报文给我，告诉我它的mac，同时他也会记录我的mac和IP，在他那边会保存我的ARP信息，同时我也保存了它的，下次我再找他，直接查ARP表就可以了，不再需要再发一起ARP请求，当然，如果ARP老化了，那么这样的流程还得再来一次咯。

3、DNS
有些人喜欢ping百度，如果ping的是域名，那中间又多了一层处理，那就是域名解析，来来来，继续抓包。

可以看到 我由于不知道百度的IP是多少，所以我先发给了114.114.114.114，域名解析服务器，他帮我解析以后再把IP告诉我。

于是我重新封装报文，目的ip直接选择了216这个地址发送了icmp request。

大功告成，ping也就通了。

排查

搞什么？？文章的标题不是ping不通吗，那你解释一堆ping通干什么，其实我们从原理里面反推一下，ping不通的理由到底有哪些嘛~  每一个环节都检查一遍，那么问题不就迎刃而解了嘛~

 

 

来来来，我先来画个图，二层转发不过网关我就不画了，直接来一个三层转发图。

 

这是一个简单的图，下面我来慢慢的一步步的写下步骤，假设我就去ping百度，一般现在看自己能不能上网不都是ping百度嘛。

1、首先客户端要对百度的域名进行解析才能获取到IP地址，才能进一步封装自己的ping包，所以他首先发到域名服务器（假设我配置的是114.114.114.114），等域名服务器帮我解析好以后，给了我百度的IP地址，220.181.57.216，那么这里，我要去域名服务器，我是怎么去的呢，当然首先查看路由表。

很明显，我没有直接去114.114.114.114的路由，所以我只能发给网关，也就是上图的192.168.0.1，由网关去处理（如果你不知道网关的mac，需要先发广播ARP给网关，拿到网关的mac来维护ARP表)，之后网关把域名解析的结果返还给我，我就有了baidu的IP地址。

2、有了目的IP，客户端就准备封装报文，因为是三层转发，我不需要知道百度的mac地址，我只要知道网关的mac就行了，dmac=网关mac，dip=百度IP，直接发送ping包，由于网关的mac上面已经发送过一次ARP请求了，所有网关的ARP已经保存在客户端的ARP表了。

 

3、数据包到了网关，因为是到公网去，这里面的处理就不说了，用一条命令可以查看你的数据包经过了多少的跃点。

 

4、百度收到了我的ping包以后，于是如法炮制的获取它的网关ARP信息，再把封装好的icmp reply给我发了回来，等我的网关收到了这个reply以后，发现目的IP是我，通过路由直接转发给了我，这里整个过程就完成了。

Tips：对于过来的数据包，网关会自行学习数据包的源mac信息，维护自己的mac表和ARP表。

好了，如果ping不通，那么你想想有哪些原因呢，一步步地去检查，一步步地去抓包分析，你就能找到原因，ping不通，不用找房东，自己把网线捋一捋，不就通了啊。

标签： 网络转发 

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