20 张图解: ping 的工作原理 (3)

发送端主机发送 IP 数据报时,将 IP 首部的分片禁止标志位设置为1。根据这个标志位,途中的路由器遇到超过 MTU 大小的数据包时,不会进行分片,而是直接抛弃。

随后,通过一个 ICMP 的不可达消息类型,代码为 4 的报文,告知发送端主机。

原点抑制消息(ICMP Source Quench Message) —— 类型 4

在使用低速广域线路的情况下,连接 WAN 的路由器可能会遇到网络拥堵的问题。

ICMP 原点抑制消息的目的就是为了缓和这种拥堵情况

当路由器向低速线路发送数据时,其发送队列的缓存变为零而无法发送出去时,可以向 IP 包的源地址发送一个 ICMP 原点抑制消息

收到这个消息的主机借此了解在整个线路的某一处发生了拥堵的情况,从而增大 IP 包的传输间隔,减少网络拥堵的情况。

然而,由于这种 ICMP 可能会引起不公平的网络通信,一般不被使用。

重定向消息(ICMP Redirect Message) —— 类型 5

如果路由器发现发送端主机使用了「不是最优」的路径发送数据,那么它会返回一个 ICMP 重定向消息给这个主机。

在这个消息中包含了最合适的路由信息和源数据。这主要发生在路由器持有更好的路由信息的情况下。路由器会通过这样的 ICMP 消息告知发送端,让它下次发给另外一个路由器。

好比,小林本可以过条马路就能到的地方,但小林不知道,所以绕了一圈才到,后面小林知道后,下次小林就不会那么再绕一圈了。

超时消息(ICMP Time Exceeded Message) —— 类型 11

IP 包中有一个字段叫做 TTL (Time To Live,生存周期),它的值随着每经过一次路由器就会减 1,直到减到 0 时该 IP 包会被丢弃。

此时,路由器将会发送一个 ICMP 超时消息给发送端主机,并通知该包已被丢弃。

设置 IP 包生存周期的主要目的,是为了在路由控制遇到问题发生循环状况时,避免 IP 包无休止地在网络上被转发。

ICMP 时间超过消息

ICMP 时间超过消息

此外,有时可以用 TTL 控制包的到达范围,例如设置一个较小的 TTL 值

ping —— 查询报文类型的使用

接下来,我们重点来看 ping 的发送和接收过程

同个子网下的主机 A 和 主机 B,主机 A 执行ping 主机 B 后,我们来看看其间发送了什么?

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主机 A ping 主机 B

ping 命令执行的时候,源主机首先会构建一个 ICMP 回送请求消息数据包。

ICMP 数据包内包含多个字段,最重要的是两个:

第一个是类型,对于回送请求消息而言该字段为 8;

另外一个是序号,主要用于区分连续 ping 的时候发出的多个数据包。

每发出一个请求数据包,序号会自动加 1。为了能够计算往返时间 RTT,它会在报文的数据部分插入发送时间。

主机 A 的 ICMP 回送请求报文

主机 A 的 ICMP 回送请求报文

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。IP 层将以 192.168.1.2 作为目的地址,本机 IP 地址作为源地址协议字段设置为 1 表示是 ICMP 协议,再加上一些其他控制信息,构建一个 IP 数据包。

主机 A 的 IP 层数据包

主机 A 的 IP 层数据包

接下来,需要加入 MAC 头。如果在本地 ARP 映射表中查找出 IP 地址 192.168.1.2 所对应的 MAC 地址,则可以直接使用;如果没有,则需要发送 ARP 协议查询 MAC 地址,获得 MAC 地址后,由数据链路层构建一个数据帧,目的地址是 IP 层传过来的 MAC 地址,源地址则是本机的 MAC 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 A 的 MAC 层数据包

主机 A 的 MAC 层数据包

主机 B 收到这个数据帧后,先检查它的目的 MAC 地址,并和本机的 MAC 地址对比,如符合,则接收,否则就丢弃。

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。同样,IP 层检查后,将有用的信息提取后交给 ICMP 协议。

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