两台PC之间ping通的原理.docx

1、两台PC之间ping通的原理 两台PC之间ICMP（ping）的原理 修订版本号1v编辑时间2017.8编辑者Mercy校验者Leo审核者Limis目的：更好地了解两台PC之间是如何“沟通”的。 首先需要了解pingPING：ping 程序是用来探测主机到主机之间是否可通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。ping 使用的是ICMP协议，它发送icmp回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定：目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。如果源主机在一定时间内收到应答，则认为主机可达再了解ICMPICMP：ICMP协议通过IP协议发送的，IP协议是一种无连接的，不可靠的

2、数据包协议。在Unix/Linux，序列号从0开始计数，依次递增。（注：Windowsping程序的ICMP序列号是没有规律。）ICMP协议在实际传输中数据包：20字节IP首部 + 8字节ICMP首部+ 1472字节38字节ICMP报文格式:IP首部(20字节)+8位类型+8位代码+16位校验和+(不同的类型和代码，格式也有所不同)OSI网络七层协议那么既然要两台PC 建立ping连接 必定也需要先了解OSI网络七层协议上三层负责主机之间的应用程序通信,这三层对联网和网络地址一无所知。接下来的四层：传输层，网络层，数据链路层，物理层才负责联网和网络地址。简单的解释网络七层的用途与意义应用层：

3、应用层是用户与计算机交流的场所。仅当马上需要访问网络时，这一层才会发挥作用。简单的说：应用层是实际应用程序之间的借口。比如：Microsoft Word 等应用程序并不位于应用层中，而是与应用层协议交互。表示层：表示层，它向应用层提供数据，并负责数据转换和代码格式化。从本质上来说，该层是一个转换器，提供编码和转换功能。将数据转换为标准格式在进行传输。PC被配置成能够接受这种通用格式的数据，然后将其转换为本机格式以便读取。表示层能够确保从一个系统的应用层传输而来的数据可被另一个系统的应用层读取。会话层：会话层顾名思义，就是负责在表示层实体之间建立、管理和终止会话，还对设备或节点之间的对话进行控制

4、。它协调和组织系统之间的通信，为此提供了三种不同的模式：单工、半双工和全双工。总之，会话层的基本功能是将不同应用程序的数据分离。传输层：传输层将数据进行分段并重组为数据流。位于传输层的服务将来自上层应用的数据进行分段和重组，并将它们和并到同一个数据流中。它们提供了端到端的数据传输服务，并可在互联网络上发送主机和目标主机之间建立逻辑连接。而TCP/IP协议就在其中。网络层：网络层也叫IP层。它管理设备编址、跟踪设备在网络中的位置并确定最佳的数据传输路径。这意味着网络层必须在位于不同网络中的设备之间传输数据流。众所周知的路由器也叫做网络层设备。在互联网络中提供了路由选择服务。（具体的过程在下面会提

5、到)数据链路层：数据链路层提供数据的物理传输，并处理错误通知。网络拓扑和流量控制。这意味着数据链路层将使用硬件地址确保报文被传输到LAN中的正确设备，还将把来自网络层的报文转换为比特，供物理层传输。数据链路层将报文封装成数据帧，并添加定制的报头，其中包含目标硬件地址和源硬件地址。（交换机工作在数据链路层，它们根据硬件MAC地址过滤网络）物理层： 物理层主要有两项功能：发送和接受比特。比特的取之智能微0或者1 -使用数字值的摩尔斯码。物理层直接与各种通信介质交流。不同类型的介质有不同以不同的方式表示比特值。对于每种类型的介质都需要特定的协议，这些协议描述了正确的比特模式，如何将数据编码成介质信号

6、以及物理介质连接头的各种特征。Ping工作过程 (逻辑层次） 浅假定主机A的IP地址是192.168.1.1，主机B的IP地址是192.168.1.2，都在同一子网内，则当你在主机A上运行“Ping 192.168.1.2”后，会发生了什么首先PING是一个应用 直接从应用层调用出来跳过了应用层，表示层，会话层，传输层，运行在网络层。其次，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“192.168.1.2”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“192.168.1.2”作为目的地址，本机IP地址作为源

7、地址，加上一些其他的控制信息，构建一个IP数据包，并在一个映射表中查找出IP地址192.168.1.2所对应的物理地址（也叫MAC地址，熟悉网卡配置的朋友不会陌生，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），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。其中映射表由ARP实现。ARP(Address Resolution Protocol)是地址解析协议,是一种将IP地址转化成物理地址的协议。ARP具体说来就是将网络层（IP层，也就是相当于OSI的第三层）地址解析

8、为数据连接层（MAC层，也就是相当于OSI的第二层）的MAC地址。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。即先由IP地址，在网络层传输，然后再根据mac地址由数据链路层传送到目的主机ICMP的应用-pingping可以说是ICMP的最著名的应用，当我们某一个网站上不去的时候。通常会ping一下这个网站。ping会回

9、显出一些有用的信息。一般的信息如下:ping这个单词源自声纳定位，而这个程序的作用也确实如此，它利用ICMP协议包来侦测另一个主机是否可达。原理是用类型码为0的ICMP发请 求，受到请求的主机则用类型码为8的ICMP回应。ping程序来计算间隔时间，并计算有多少个包被送达。用户就可以判断网络大致的情况。我们可以看到， ping给出来了传送的时间和TTL的数据。我给的例子不太好，因为走的路由少，有兴趣地可以ping一下国外的网站比如，就可以观察到一些 丢包的现象，而程序运行的时间也会更加的长。ping还给我们一个看主机到目的主机的路由的机会。这是因为，ICMP的ping请求数据报在每经过一个路由

10、器的时候，路由器都会把自己的ip放到该数 据报中。而目的主机则会把这个ip列表复制到回应icmp数据包中发回给主机。Ping命令的过程及返回信息分析（自己做的图解。）Ping命令是我们在判断网络故障常用的命令 “Ping”的幕后过程 例如有1、2两台PC，即 PC1 PC2 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PC1上运行“Ping 192.168.1.112”后，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“192.168.1.112”一起交给IP层协议（和ICMP一样

11、，实际上是一组后台运行的进程），IP层协议将以地址“192.168.1.112”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192.168.1.112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PC2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PC1的ARP缓存表应该有PC2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

12、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。 PC2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PC1，其过程和PC1发送ICMP请求包到PC2一模一样。 2.不在同一网段内 在PC1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

13、发现PC2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PC2进行联系，如果找不到，就向PC1返回一个超时的信息。附：一些常见的ping命令 反馈的错误1.Request timed out 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。 （1） 对方已关机，或者网络上根本没有这个地址：比如在PC1中PING 192.168.1.19 ,或者PC2关机了，在PC1中PING 192.168.1.112都会得到超时的信息。 （

14、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。 （3）对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤（比如防火墙设置）。 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。 4）错误设置IP地址 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

15、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: 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。 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。 2.Destina

16、tion host Unreachable （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”。 （2）网线出了故障 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”。 3.

17、Bad IP address 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。 4.Source quench received 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。 5.Unknown host不知名主机 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。 6.No answer无响应 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

18、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。 7.Ping 127.0.0.1：127.0.0.1是本地循环地址 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。 8.no rout to host：网卡工作不正常。 9.transmit failed,error code：10043网卡驱动不正常。 10.unknown host name：DNS配置不正确。那么到这里 仅仅是 ping的逻辑上的原理。由浅及深，那么物理上到底从什么开始运行的呢网上搜索ping 的物理上的原理的文章少之

19、又少 可以说是几乎没有。唯独有一篇写到了。ping运行使用到了ping.c的一个内核编译文件（C语言写的）而在linux下面 ping.c 是使用C语言编译写下 并赋予在内核中的文件中，封装起来了 所以在linux系统中并不能找到ping.c 文件网络子系统被分成五层结构即五大模块，每个模块又可以细分为几个小模块，每个小模块中标注了一些实现功能的核心函数或数据结构。1：网络子系统2：协议无关接口层3：网络协议层4：网络接口层5：网络设备驱动层输入ping之后的运行可以分为四部分。1：.h头函数文件及宏定义2：建立socket并处理选项3：用于获取地址运用到inet_aton函数4：接收无限循环

20、消息第一步中头函数文件及定义中包含了#include*.h dedifne宏定义以及多拨选项。第二步中。建立socket并处理选项。建立socket。 测试用户是否为root用户。调用选项。flood选项以及等待选项。socket套接口，代表一条通信链路的一端存储与该链路有关的所有信息 其中最主要又分为两个部分就是 sk与ops 套接口。 前者负责套接口相关的传输控制块。而后者指向特定传输协议的操作集。第三步 获取地址运用到inet_aton函数。将十进制改成二进制并纠错处理。而inet_aton函数就是地址转换函数。但其中还调用了gethostbyname 是为了识别主机名称。那么由ping

21、.c 开始搜索。并找到了ping.c的源码 #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #define PACKET_SIZE 4096#define MAX_WAIT_TIME 5#define MAX_NO_PACKETS 3char sendpacketPACKET_SIZE;char recvpacketPACKET_SIZE;int sockfd,datalen=56;int n

22、send=0,nreceived=0;struct sockaddr_in dest_addr;第四步 接收无限循环消息 其中最重要的就是调用到了cyclie 函数其中包含了cyclie wait 客户端回应消息，形成ICMP回应包，设定等待时间，调用select函数。发送signt 调用carcher，调用SIGALARM信号来结束程序。其中的Pinger函数也是最重要的一个，它是为了形成ICMP回应数据包（填写icmphdr结构体的数据），pr_pack数据包显示函数 它可以将数据的显示部分独立出来，加强程序的逻辑性和结构性。最后的Finish程序 可以打印出一些统计信息。pid_t pi

23、d;struct sockaddr_in from;struct timeval tvrecv;void statistics(int signo);unsigned short cal_chksum(unsigned short *addr,int len);int pack(int pack_no);void send_packet(void);void recv_packet(void);int unpack(char *buf,int len);void tv_sub(struct timeval *out,struct timeval *in);void statistics(int signo) printf(n-PING statistics-n); printf(%d packets transmitted, %d received , %d lostn,nsend,nreceived, (nsend-nreceived)/nsend*100); close(sockfd); exit(1);参考文献： 逻辑