【51CTO.com原創(chuàng)稿件】目錄 

一、前言 

二、設(shè)備 

  2.1 調(diào)制解調(diào)器 

  2.2 中繼器 

  2.3 網(wǎng)卡 

  2.4 交換機 

    2.4.1 交換機的工作原理 

  2.5 路由器 

    2.5.1 路由控制表 

三、協(xié)議 

  3.1 DNS 

    3.1.1 DNS查詢過程 

    3.1.2 查看修改DNS 

  3.2 ARP 

    3.2.1 ARP工作原理 

    3.2.2 查看本機ARP 

  3.3 DHCP 

    3.3.1 DHCP 的工作機制 

  3.4 NAT 

    3.4.1 NAT的工作機制 

  3.5 ICMP 

    3.5.1 ping

四、尾聲

一、前言

面試時回答計算機網(wǎng)絡(luò)這塊的問題，很對應(yīng)試者回答的內(nèi)容多為講解計算機網(wǎng)絡(luò)的 TCP 三次握手、四次揮手，或者是 OSI 七層模型的細節(jié)闡釋。

當被問到數(shù)據(jù)包如何在網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸?shù)模热?IP 路由、ARP 尋址、交換機與路由器的區(qū)別、私有 IP 與全局 IP 的轉(zhuǎn)換等細節(jié)，只能沉默以對。

本文將會梳理清楚數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中由一臺主機發(fā)往另一臺主機的詳細過程，內(nèi)容包括調(diào)制解調(diào)器、中繼器、網(wǎng)卡、交換機、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及 IP 協(xié)議相關(guān)技術(shù) DNS、ARP、DHCP、NAT、ICMP等。

二、設(shè)備

搭建一套網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要涉及各種各樣的電纜和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，既然要搞清楚數(shù)據(jù)的傳輸，那就先搞清楚數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤?/p>

如圖所示，主機A向主機B發(fā)送數(shù)據(jù)包，需要經(jīng)過交換機、路由器等設(shè)備。但在物理層(OSI 模型的第 1 層)，還需要調(diào)制解調(diào)器和中繼器。

2.1 調(diào)制解調(diào)器

現(xiàn)代家庭網(wǎng)絡(luò)搭建寬帶時，可以看到路由器后接的調(diào)制解調(diào)器(英語：Modem)，我們一般親切稱之為“貓”。

調(diào)制解調(diào)器是將計算機產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進行傳輸，并解調(diào)收到的模擬信號以得到數(shù)字信號的電子設(shè)備。

以前用電話線上網(wǎng)用的是電話調(diào)制解調(diào)器，現(xiàn)在都是光纖上網(wǎng)，用的是光纖調(diào)制解調(diào)器，即用于數(shù)字信號與光纖信號的轉(zhuǎn)換。

2.2 中繼器

同調(diào)制解調(diào)器一樣工作在物理層的還有中繼器，它的作用是將電纜傳過來的電信號或光信號經(jīng)由中繼器的波形調(diào)整和放大再傳給另一個電纜，簡而言之，中繼器是對減弱的信號進行放大和發(fā)送的設(shè)備。

2.3 網(wǎng)卡

一臺計算機要想上網(wǎng)必備的就是網(wǎng)卡，而現(xiàn)在大多數(shù)計算機也早已內(nèi)置了網(wǎng)卡。

網(wǎng)卡，又稱為網(wǎng)絡(luò)適配器、LAN 卡，是一塊被設(shè)計用來允許計算機在計算機網(wǎng)絡(luò)上進行通訊的計算機硬件。由于其擁有 MAC 地址，因此屬于 OSI 模型的第 2 層(數(shù)據(jù)鏈路層)。

我們所講的計算機的 MAC 地址或主機的 MAC 地址，實際上是網(wǎng)卡的 MAC 地址。

如下圖所示，Mac 電腦可以在「系統(tǒng)偏好設(shè)置 - 網(wǎng)絡(luò) - Wi-Fi - 高級 - 硬件」查看當前計算機的 MAC 地址。

2.4 交換機

換機是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過報文交換方式接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到目標設(shè)備。

簡而言之，交換機就是接收數(shù)據(jù)包、查看數(shù)據(jù)包的目的地址以選擇路由、將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由。

需要明確，交換機不修改數(shù)據(jù)包，只負責轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

交換機又被稱為網(wǎng)橋或者 2 層交換機，所謂 2 層，就是工作于數(shù)據(jù)鏈路層。這代表著，交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，不知道也無需要知道來源主機和目的主機的 IP 地址，只需知其 MAC 地址。

2.4.1 交換機的工作原理

交換機內(nèi)部的 CPU 會在每個端口成功連接時，通過將 MAC 地址和端口對應(yīng)，形成一張 MAC 表。

當一臺交換機安裝配置好之后，其工作過程如下：

• 交換機端口 1 收到 MAC 地址為 X 的計算機發(fā)給 MAC 地址為 Y 的計算機的數(shù)據(jù)包，交換機從而記下了 MAC 地址 X 在端口 1 。(學習)
• 如果目的地 MAC 地址 Y 不能在 MAC 表中找到時，交換機會把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給除端口 1 外的所有數(shù)據(jù)包。(洪泛)
• MAC 地址 Y 的計算機收到該數(shù)據(jù)包，向 MAC 地址 X 發(fā)出確認包。交換機收到該包后，從而記錄下 MAC 地址 Y 所在的網(wǎng)段。
• 交換機向 MAC 地址 X 轉(zhuǎn)發(fā)確認包。(轉(zhuǎn)發(fā))
• 交換機收到一個數(shù)據(jù)包，查表后發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)包的來源地址與目的地址屬于同一個端口，交換機將不處理該數(shù)據(jù)包。(過濾)
• 交換機內(nèi)部的 MAC 地址-端口 查詢表的每條記錄采用時間戳記錄最后一次訪問的時間。早于某個閾值(用戶可配置)的記錄被清除。(老化)

5. 路由器

路由器可以連接不同的數(shù)據(jù)鏈路。例如連接兩個以太網(wǎng)。現(xiàn)在，人們在家或辦公室里連接互聯(lián)網(wǎng)時所使用的寬帶路由器也是路由器的一種。

路由器是在 OSI 模型的第 3 層即網(wǎng)絡(luò)層面上連接兩個網(wǎng)絡(luò)、并對分組報文進行轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。

交換機是根據(jù)物理地址(MAC地址)進行處理，參考的是 MAC 表，而路由器則是根據(jù) IP 地址進行處理，所參考的表叫做路由控制表。

2.5.1 路由控制表

發(fā)送數(shù)據(jù)包時所使用的地址是網(wǎng)絡(luò)層的 IP 地址。然而僅僅有 IP 地址還不足以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到對端目標地址，在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中還需要類似“指明下一個路由器或主機”的這方面信息，以便真正發(fā)往目標地址。保存這種信息的就是路由控制表。

實現(xiàn) IP 通信的主機和路由器都必須持有一張這樣的表。它們也正是在這個表格的基礎(chǔ)上才得以進行數(shù)據(jù)包發(fā)送的。

該路由控制表的形成方式有兩種：一種是管理員手動設(shè)置，另一種是路由器與其它路由器相互交換信息時自動刷新。前者也叫靜態(tài)路由控制，而后者叫做動態(tài)路由控制。

為了讓動態(tài)路由及時刷新路由表，在網(wǎng)絡(luò)上互連的路由器之間必須設(shè)置好路由協(xié)議，保證正常讀取路由控制信息。

路由控制表中記錄著網(wǎng)絡(luò)地址與下一步應(yīng)該發(fā)送至路由器的地址。在發(fā)送 IP 包時，首先要確定 IP 包首部中的目標地址，再從路由控制表中找到該地址具有相同網(wǎng)絡(luò)地址的記錄，根據(jù)該記錄將 IP 包轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的下一個路由器。

如果路由控制表中存在多條相同網(wǎng)絡(luò)地址的記錄，就選擇一個最為吻合的網(wǎng)絡(luò)地址。所謂最為吻合是指相同位數(shù)最多的意思。

例如 172.20.100.52 的網(wǎng)絡(luò)地址與 172.20/16 和 172.20.100/24 兩項都匹配。此時，應(yīng)該選擇匹配度最長的 172.20.100/24 。

默認路由是指路由表中任何一個地址都能與之匹配的記錄。默認路由一般標記為 0.0.0.0/0 或 default。這里的 0.0.0.0/0 并不是指 IP 地址是 0.0.0.0，為了避免人們誤以為 0.0.0.0 是IP地址，故后綴是 /0 。

三、協(xié)議

在訪問 Web 站點和發(fā)送、接收電子郵件時，我們通常會直接輸入 Web 網(wǎng)站的地址或電子郵件地址等那些由應(yīng)用層提供的地址，而不會使用由十進制數(shù)字組成的某個 IP 地址。

但是網(wǎng)絡(luò)層需要的是 IP 地址，這就需要一種功能--將應(yīng)用中使用的地址映射為 IP 地址。

此外，在數(shù)據(jù)鏈路層也不需要 IP 地址，需要的是 MAC 地址傳輸數(shù)據(jù)包。由此可知，在實際通信中，還需要眾多支持 IP 的相關(guān)技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)通信。

IP 的輔助技術(shù)包括 DNS、ARP、ICMP、ICMPv6、DHCP、NAT等。還包括如 IP 隧道、 IP多播、IP任播、質(zhì)量控制以及網(wǎng)絡(luò)擁塞的顯式通知和 Mobile IP 技術(shù)。

3.1 DNS

域名系統(tǒng)(英語：Domain Name System，縮寫：DNS)是互聯(lián)網(wǎng)的一項服務(wù)。它作為將域名和 IP 地址相互映射的一個分布式數(shù)據(jù)庫，能夠使人更方便地訪問互聯(lián)網(wǎng)。DNS 使用 TCP 和 UDP 端口 53 。當前，對于每一級域名長度的限制是 63 個字符，域名總長度則不能超過 253 個字符。

3.1.1 DNS查詢過程

以查詢 zh.wikipedia.org 為例： 客戶端發(fā)送查詢報文 "query zh.wikipedia.org" 至DNS服務(wù)器，DNS服務(wù)器首先檢查自身緩存，如果存在記錄則直接返回結(jié)果。 如果記錄老化或不存在，則：

• DNS服務(wù)器向根域名服務(wù)器發(fā)送查詢報文"query zh.wikipedia.org"，根域名服務(wù)器返回頂級域 .org 的權(quán)威域名服務(wù)器地址。
• DNS服務(wù)器向 .org 域的權(quán)威域名服務(wù)器發(fā)送查詢報文"query zh.wikipedia.org"，得到二級域 .wikipedia.org 的權(quán)威域名服務(wù)器地址。
• DNS服務(wù)器向 .wikipedia.org 域的權(quán)威域名服務(wù)器發(fā)送查詢報文"query zh.wikipedia.org"，得到主機 zh 的A記錄，存入自身緩存并返回給客戶端。

3.1.2 查看修改DNS

如下圖所示，Mac 電腦可以在「系統(tǒng)偏好設(shè)置 - 網(wǎng)絡(luò) - Wi-Fi - 高級 - DNS」查看當前網(wǎng)絡(luò)所使用的 DNS。

為什么我們從來不需要設(shè)置 DNS 服務(wù)器呢?這是因為現(xiàn)代路由器大多具備 DHCP 服務(wù)器的功能，DHCP 服務(wù)器自動為我們提供默認的 DNS 服務(wù)器地址。

路由器會將連接到自身所有設(shè)備的 DNS 服務(wù)器地址設(shè)置為自己的 IP 地址。連接該路由器的手機、電腦等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的 DNS 請求，統(tǒng)一發(fā)送至路由器 IP 地址，此時路由器扮演各設(shè)備的 DNS 服務(wù)器。然后，路由器轉(zhuǎn)發(fā) DNS 請求，到實際的 DNS 服務(wù)器。實際的 DNS 服務(wù)器解析域名 IP，返回給路由器。最后，路由器再把 IP 返回給終端設(shè)備。

發(fā)送 DNS 請求到 DNS 服務(wù)器獲取網(wǎng)站真實的 IP 地址，這個過程需要一定的時間，影響這個時間的因素之一就是 DNS 服務(wù)器的地理位置。DNS 服務(wù)器離你越近，傳輸數(shù)據(jù)自然更快。因此默認情況下，路由器將從網(wǎng)絡(luò)提供商提供獲取最近的 DNS 服務(wù)器地址，實現(xiàn)最快的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)。

3.2 ARP

只要確定了 IP 地址，就可以向這個目標地址發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報。然而，在底層數(shù)據(jù)鏈路層，進行實際通信卻有必要了解每個 IP 地址所對應(yīng)的 MAC 地址。

于是需要一種方法，根據(jù)目的主機的 IP 地址，獲得其 MAC 地址。這就是 ARP 協(xié)議要做的事情。所謂地址解析(address resolution)就是主機在發(fā)送幀前將目標 IP 地址轉(zhuǎn)換成目標 MAC 地址的過程。

另外，當發(fā)送主機和目的主機不在同一個局域網(wǎng)中時，即便知道對方的 MAC 地址，兩者也不能直接通信，必須經(jīng)過路由轉(zhuǎn)發(fā)才可以。所以此時，發(fā)送主機通過 ARP 協(xié)議獲得的將不是目的主機的真實 MAC 地址，而是一臺可以通往局域網(wǎng)外的路由器的 MAC 地址。于是此后發(fā)送主機發(fā)往目的主機的所有幀，都將發(fā)往該路由器，通過它向外發(fā)送。這種情況稱為委托 ARP 或 ARP代理(ARP Proxy)。

3.2.1 ARP工作原理

ARP 是如何知道 MAC 地址的呢?簡單來說，ARP 是借助 ARP 請求與 ARP 響應(yīng)兩種類型的包確定 MAC 地址的。

在每臺安裝有 TCP/IP 協(xié)議的電腦或路由器里都有一個 ARP 緩存表，表里的 IP 地址與 MAC 地址是一對應(yīng)的，如下表所示。

以主機A(192.168.38.10)向主機B(192.168.38.11)發(fā)送數(shù)據(jù)為例。

• 當發(fā)送數(shù)據(jù)時，主機A會在自己的 ARP 緩存表中尋找是否有目標 IP 地址。如果找到就知道目標 MAC 地址為(00-BB-00-62-C2-02)，直接把目標 MAC 地址寫入幀里面發(fā)送就可。
• 如果在 ARP 緩存表中沒有找到相對應(yīng)的 IP 地址，主機A就會在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個廣播(ARP request)，目標 MAC 地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，這表示向同一網(wǎng)段內(nèi)的所有主機發(fā)出這樣的詢問：“192.168.38.11的 MAC 地址是什么?”
• 網(wǎng)絡(luò)上其他主機并不響應(yīng) ARP 詢問，只有主機B接收到這個幀時，才向主機A做出這樣的回應(yīng)(ARP response)：“192.168.38.11的 MAC 地址是00-BB-00-62-C2-02”，此回應(yīng)以單播方式。這樣，主機A就知道主機B的 MAC 地址，它就可以向主機B發(fā)送信息。同時它還更新自己的 ARP 高速緩存(ARP cache)，下次再向主機B發(fā)送信息時，直接從 ARP 緩存表里查找就可。

需要注意，示例的主機 A 和主機 B 屬于同一網(wǎng)段。如果主機 A 和主機 B 不屬于同一網(wǎng)段，那么主機 A 發(fā)送的廣播(ARP request)主機 B 就不可能收到。

所以，在發(fā)送廣播(ARP request)前，主機 A 會判斷主機 B 是否屬于同一網(wǎng)段，如果不屬于，就會在自己的 ARP 緩存表中尋找網(wǎng)關(guān)(也就是路由器)的 MAC 地址。如果沒有找到，主機 A 就會在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送一個廣播(ARP request)詢問網(wǎng)關(guān)(路由器)的 MAC 地址。

ARP 緩存表采用老化機制，在一段時間內(nèi)如果表中的某一行沒有使用，就會被刪除，這樣可減少緩存表的長度，加快查詢速度。

3.2.2 查看本機ARP

如何查看本機 ARP 緩存表呢?

• Windows：開始 → 運行 → cmd → arp -a(參數(shù)a表示顯示所有內(nèi)容)
• Linux：終端 → arp -nv
• MacOS：終端 → arp -nla

3.3 DHCP

如果逐一為每一臺主機設(shè)置 IP 地址會是非常繁瑣的事情。于是，為了實現(xiàn)自動設(shè)置 IP 地址、統(tǒng)一管理 IP 地址分配，就產(chǎn)生了 DHCP 協(xié)議。

如下圖所示，Mac 電腦可以在「系統(tǒng)偏好設(shè)置 - 網(wǎng)絡(luò) - Wi-Fi - 高級 - TCP/IP」查看當前本地 IP 配置。

DHCP 服務(wù)器會統(tǒng)一管理每個子網(wǎng)的 IP 地址分配范圍、子網(wǎng)掩碼、默認路由以及 DNS 服務(wù)器。

有了 DHCP ，計算機只要連接到網(wǎng)絡(luò)，就可以進行 TCP/IP 通信。也就是說，DHCP 讓即插即用變得可能。而 DHCP 不僅在 IPv4 中，在 IPv6 中也可以使用。

3.3.1 DHCP 的工作機制

在使用 DHCP 之前，首先要架設(shè)一臺 DHCP 服務(wù)器(很多時候用該網(wǎng)段的路由器充當 DHCP 服務(wù)器。)。然后將 DHCP 所要分配的 IP 地址設(shè)置到服務(wù)器上。此外，還需要將相應(yīng)的子網(wǎng)掩碼、路由控制信息以及 DNS 服務(wù)器的地址等設(shè)置到服務(wù)器上。

DHCP 服務(wù)器搭建好之后，DHCP 的運行分為四個基本過程，分別為請求 IP 租約、提供 IP 租約、選擇 IP 租約和確認 IP 租約。所謂租約，也就是計算機 IP 地址的有效期。

由此，DHCP 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置結(jié)束，可以進行 TCP/IP 通信。不需要 IP 地址時，可以發(fā)送 DHCP 解除包。

另外，DHCP客戶端在 IP 租約到期前可以發(fā)送 DHCP 請求包通知想要延長這個時限。

3.4 NAT

告訴大家一個有趣的實驗，拿起你的手機和電腦，連接同一 Wi-Fi ，然后訪問百度，輸入“IP”，你會驚奇的看到手機和電腦顯示的 IP 地址是相同的，而且并非是本機 IP 地址。

那么問題來了，在數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程中，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的來源 IP 地址和目的 IP 地址進行定位。同一局域網(wǎng)的來源 IP 地址根據(jù)上面實驗的結(jié)果顯然都是相同的公網(wǎng) IP ，那么百度響應(yīng)過來的數(shù)據(jù)包是如何精確發(fā)送到我們的本地計算機呢?答案是使用 NAT 技術(shù)。

NAT(Network Address Translator)是用于在本地網(wǎng)絡(luò)中使用私有地址，在連接互聯(lián)網(wǎng)時轉(zhuǎn)而使用全局 IP 地址。除轉(zhuǎn)換 IP 地址外，還出現(xiàn)了可以轉(zhuǎn)換 TCP、UDP 端口號的 NART(Network Address Ports Translator)技術(shù)，由此可以實現(xiàn)用一個 IP 地址與多個主機的通信。現(xiàn)在我們所說的 NAT 多半都是 NAPT，或者稱之為 IP 偽裝。

NAT(NAPT)實際上是為了正在面臨地址枯竭的 IPv4 而開發(fā)的技術(shù)，不過，IPv6 為了提高網(wǎng)絡(luò)安全也正在使用 NAT，在 IPv4 和 IPv6 之間的相互通信當中常常使用 NAT-PT。

3.4.1 NAT的工作機制

如下圖所示，以 10.0.0.10 的主機與 163.221.120.9 的主機進行通信為例。利用 NAT ，途中的 NAT 路由器將發(fā)送源地址從 10.0.0.10 轉(zhuǎn)換為全局的 IP 地址(202.244.174.37)再發(fā)送數(shù)據(jù)。反之，當包從地址163.221.120.9 發(fā)過來時，目標地址(202.244.174.37)先被轉(zhuǎn)換成私有 IP 地址 10.0.0.10 以后再被轉(zhuǎn)發(fā)。

NAT 對數(shù)據(jù)包的 IP 首部進行改動，由于在 TCP 或 UDP 中，IP 地址還用于校驗和的計算，因此 IP 發(fā)生變化時，也需要相應(yīng)地將 TCP、UDP 的首部進行轉(zhuǎn)換。

在 NAT(NAPT)路由器的內(nèi)部，有一張自動生成的用來轉(zhuǎn)換地址的表。當 10.0.0.10 向 163.221.120.9 發(fā)送第一個包時生成這張表，并按照表中的映射關(guān)系進行處理。

當私有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多臺機器同時都要與外部進行通信時，僅僅轉(zhuǎn)換 IP 地址，人們不免擔心全局 IP 地址是否不夠用。這時采用如下圖所示的包含端口號一起轉(zhuǎn)換的方式(NAPT)可以解決這個問題。

如圖所示，主機 163.221.120.9 的端口號是 80，局域網(wǎng)有兩個客戶端 10.0.0.10 和 10.0.0.11 同時進行通信，并且這兩個客戶端的本地端口都是 1025。此時，僅僅轉(zhuǎn)換 IP 地址為某個全局地址 202.244.174.37，會令轉(zhuǎn)換后的所有數(shù)字完全一致。為此，只要將 10.0.0.11 的端口號轉(zhuǎn)換為 1026 就可以解決問題。

將上圖橢圓形內(nèi)容進行合并，生成一個 NAPT 路由器的轉(zhuǎn)換表，就可以正確地轉(zhuǎn)換地址跟端口的組合，令客戶端 A、B 能同時與服務(wù)器之間進行通信。

這種轉(zhuǎn)換表在 NAT 路由器上自動生成。例如，在 TCP 的情況下，建立 TCP 連接首次握手時的 SYN 包一經(jīng)發(fā)出，就會生成這個表。而后又隨著收到關(guān)閉連接時發(fā)出 FIN 包的確認應(yīng)答從表中被刪除。

在使用 TCP 或 UDP 的通信當中，只有目標地址、源地址、目標端口、源端口以及協(xié)議類型(TCP 還是 UDP)五項內(nèi)容都一致時才被認為是同一個通信連接。也就是復(fù)用轉(zhuǎn)換表的同一行記錄。

3.5 ICMP

架構(gòu) IP 網(wǎng)絡(luò)時需要特別注意兩點：確認網(wǎng)絡(luò)是否正常工作，以及遇到異常時進行問題診斷。

例如，一個剛剛搭建好的網(wǎng)絡(luò)，需要驗證該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置是否正確。ICMP 正是提供這類功能的一種協(xié)議。

ICMP 的主要功能包括，確認 IP 包是否成功送達目標地址，通知在發(fā)送過程當中 IP 包被廢棄的具體原因，改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等。有了這些功能以后，就可以獲得網(wǎng)絡(luò)是否正常、設(shè)置是否有誤以及設(shè)備有何異常等信息，從而便于進行網(wǎng)絡(luò)上的問題診斷。

在 IP 通信中如果某個 IP 包因為某種原因未能達到目標地址，那么這個具體的原因?qū)⒂?ICMP 負責通知。例如，主機 A 向主機 B 發(fā)送了數(shù)據(jù)包，由于某種原因，途中的路由器未能發(fā)現(xiàn)主機 B 的存在，這時，路由器就會向主機 A 發(fā)送一個 ICMP 包，說明發(fā)往主機 B 的包未能成功。

ICMP 的消息大致可以分為兩類：一類是通知出錯原因的錯誤消息，另一類是用于診斷的查詢消息。

3.5.1 ping

ping(呯)是使用 ICMP 協(xié)議的一種計算機網(wǎng)絡(luò)工具，用來測試數(shù)據(jù)包能否透過 IP 協(xié)議到達特定主機。

ping 的運作原理是向目標主機傳出一個 ICMP 的請求回顯數(shù)據(jù)包，并等待接收回顯回應(yīng)數(shù)據(jù)包。程序會按時間和成功響應(yīng)的次數(shù)估算丟失數(shù)據(jù)包率(丟包率)和數(shù)據(jù)包往返時間(網(wǎng)絡(luò)時延，Round-trip delay time)。

ping 有時候也被我們說成了動詞，如 “ping一下計算機XXX，看它是否開著。”

下面以 ping 百度的網(wǎng)址作為示例：

可以看到，百度的 IP 地址是 61.135.169.125，以 64 bytes 測試，反應(yīng)時間 5.589 毫秒，TTL(Time To Live)值為 56。

這里不得不解釋 TTL 是什么?

IP 包中有一個字段叫做 TTL (Time To Live，生存周期)，它的值隨著沒經(jīng)過一次路由器就會減 1，直到減到 0 時該 IP 包會被丟棄。此時，IP 路由器將會發(fā)送一個 ICMP 超時的消息給發(fā)送端主機，并通知該包已被丟棄。

示例中 TTL 的值為 56 ，假設(shè)發(fā)送端設(shè)置的 TTL 為 64，那么中間經(jīng)歷的路由數(shù)為 64 - 56 = 8。

四、尾聲

根據(jù) OSI 七層模型，HTTP 數(shù)據(jù)報為應(yīng)用層，在傳輸層附加 TCP 首部，指明源端口號和目標端口號，在網(wǎng)絡(luò)層附加 IP 首部，指明發(fā)送端和接收端的 IP 地址，指明上層協(xié)議號(TCP/UDP)，在數(shù)據(jù)鏈路層附加以太網(wǎng)首部，指明接收端 MAC 地址和發(fā)送端 MAC 地址。

這是你以往的認知，通過本文的學習，相信你可以對 本機 IP 地址、子網(wǎng)掩碼的配置，本機 MAC 地址，目的機器 IP 地址，其它機器 MAC 地址的獲取等做到知其然又知其所以然。

作者介紹

薛勤，公眾號“代碼藝術(shù)”的作者，就職于阿里巴巴，熱衷于探索計算機世界的底層原理，個人在 Github@Ystcode 上擁有多個開源項目。

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