前幾天一個讀者和我聊天，談起現在的面試，有時候面試官的問題問的真的非常的刁鉆，比如：有一次三面面試官問他：當你運行 ping xxx 的時候發生了什么？搞的他一臉懵逼。。。

其實，像這類問題，是最能考查應聘者的基礎理論扎不扎實的。所以，今天民工哥就帶大家一起深入探討一下這個問題。

話不多嘮，直接上干貨?。。。?！

你知道ping命令是如何工作的嗎？

我們用來測試一臺機器與另一臺機器的網絡連通性一般會使用ping命令，那么你知道ping命令是如何工作的嗎？ping命令是基于ICMP協議工作的。

介紹 ICMP 協議

因特網控制報文協議ICMP（Internet Control Message Protocol）是一個差錯報告機制，其主要用在IP機器與路由器之間傳遞控制信息，其一般用于報告主機是否可達、路由是否可用。

為什么需要 ICMP？

在網絡數據包的傳輸過程中，經常會遇到各種各樣的問題，IP協議提供Best-Effort（盡力而為）的服務，盡力而為的意思是當網絡發生擁塞的時候，會立刻丟棄網絡數據包，一直到網絡擁塞現象減輕時。所以經常有些數據包中途被丟棄，可能還有其他更多的問題，所以需要網絡數據包在出現問題時，機器向上層協議報告異常，以便進行流量控制和差錯控制，使用ICMP就可以實現這一功能。

ICMP 的格式

上圖是ICMP的格式，IP數據報由IP頭和ICMP報文組成。ICMP報文由8位的類型、8位的代碼、16位的校驗和ICMP都數據部分組成。

ICMP的數據部分根據類型和代碼不同而不同，如果是請求與響應的數據包，那么數據部分由16位的標識符、16位的序號以及數據組成。如果是差錯報文，那么數據部分由兩個16位的unused部分和IP頭、8字節的正文組成。

查詢報文

我們的ping命令就是查詢報文，如果一切順利，我們發送8.echo請求，然后會收到0.echo響應，這就證明兩機器之間是連通的。

但是這個數據包比原生的ICMP，多了兩個字段——標識符、序號。

怎么理解呢？如果你搞過裝修，你應該知道建材店之間組成的銷售聯盟，聯盟派出去兩撥人，一批是跑業務的，一批是做廣告的，都穿著同樣的廣告衫，需要一個標識區分這兩批人。而派出去的人需要編號，如果到了吃午飯的時間，出去跑業務的20個人回來一小部分，說明情況不妙，如果全部回來，說明情況很好。

在選項數據中，ping 還會存放發送請求的時間值，來計算往返時間，說明路程的長短。

差錯報文

我們可以了解下面幾種常見的ICMP差錯報文：

3-目的不可達

4-原點抑制消息

11-ICMP超時

5-重定向

3-目的不可達

當類型3目的不可達，有以下幾種常見代碼：

出現目標網絡不可達報文的情況是數據包到達路由器，但是路由表中沒有數據包中IP地址的網絡號。

目標主機不可達報文是路由器中沒有找到目標主機的信息，也有可能是目標主機沒有連接到網絡。

目標協議不可達報文情況當你給目標主機發送UDP報文時，目標主機的防火墻禁止UDP協議數據包進入，于是ICMP通知目標協議不可達。

目標端口不可達報文是你的數據包要進入目標主機的22端口，建立SSH連接，而目標主機的22端口沒有開放，這時候ICMP就會返回目標端口不可達報文給源主機。

要求分段并設置DF flag標志報文的情況如下：源主機發送的IP數據包首部的分片禁止標志位設置為1之后，路由器遇到超過MTU大小的數據包會直接拋棄，不會分片，然后ICMP給源主機發送要求分段并設置DF flag標志報文

4-原點抑制消息

如果網絡中遇到擁塞，就能向源主機發送一個ICMP原點抑制消息，收到該消息的機器就會增大數據包的傳輸間隔。是為原點抑制。

11-ICMP超時

為了限制IP數據包在計算機網絡中的存在的時間，我們給數據包設計一個值TTL，能夠避免IP包在網絡中的無限循環和收發，節省了網絡資源。

但是為了能使IP包的發送者能收到告警消息，ICMP開始大顯身手，路由器會發送一個 ICMP 超時消息給源主機。

5-重定向

如若路由器發現源主機不是使用最優路徑發送數據，路由器就會發送重定向消息給源主機。

ping 的發送和接收過程

我們使用ping命令去請求同一個子網的目的主機。

向目的主機發送回顯請求

首先，機器會構建一個類型為8、代號為0的Echo請求報文。

通過上圖，我們可以了解，ICMP的類型是8，代碼是0等數據。

目的服務器發送回顯應答

通過比較，我們可以看到在ICMP報文層，Echo請求報文與Echo響應報文除了Type、Code（看起來沒變化，其實含義已經不同）發生變化，其他基本上都是一樣的。

源主機顯示相關信息

發送回顯請求數據包的時間，與接收到回顯應答數據包的時間差，就能計算出數據包一去一回所需要的時間。

ICMP—Traceroute命令

Traceroute能夠利用ICMP的規則，故意制造一些產生錯誤的場景。

Traceroute 的第一個作用為故意設置特殊的 TTL，來追蹤去往目的地時沿途經過的路由器。

思路很騷啊~我給你慢慢道來：

先設置TTL為1，數據包到第一個路由器就嗝屁，臨死前把第一個路由器的IP搞到手了。返回時間超時的ICMP差錯報文。

然后設置TTL為2，數據包到第二個路由器嗝屁，臨死前把第二個路由器的IP搞到手。

再設置TTL為3...

以此類推，直到到達目的主機，如此就拿到了線路上所有路由器的IP。

那么Traceroute怎么知道自己發送的UDP包到達目的主機呢？

思路也很騷?。。?！

它用不可能出現的值作為UDP的端口號，數據報達到目的主機，就會返回ICMP 差錯報文，類型為端口不可達。

Traceroute 還有一個作用是故意設置不分片，從而確定路徑的 MTU。

這個很容易想到啊，一旦返回類型為“需要進行分片但設置了不分片位”的ICMP差錯報文就減小分組長度，直到達到目的主機，這不就測試出了整個路徑的MTU嗎？

審核編輯：湯梓紅