Linux 计算机网络 从 ping 来初窥计算机网络

Posted 2023-01-09 青冬

Linux 计算机网络 从 ping 来初窥计算机网络

在上一章节《计算机网络从零到一》我们重点讲解了整个网络的形成，以及物理层、数据链路层、网络层这三层的形成以及他们所解决的问题，而本章节主要讲解 ping 命令在 Linux 中到底发生了一些什么。

ping 简介

当我们第一次接手服务器时，首先需要验证的就是网络相关配置，而最简单直接的就是 ping 命令。如我们要验证所在服务器是否能访问百度搜索网址，则可以使用

ping www.baidu.com
# ping 命令在linux默认参数下，会无限制的运行，如需要停止可以使用 [ctrl+C]

可以看到详细的 ping 命令运行过程，以及在退出程序后的一个统计数据。

详细运行过程中，标识了每一次 ping 包的数据大小为 64kytes；通过 www.baidu.com 的回复 ip 39.156.66.14 传回；每一次都有一个序列号 icmp_seq，从 1 开始递增（老版本为 0）；ttl 也在之前讲解过，为 tcp/ip 的剩余生命周期；time 是当前服务器记录的每一次从发送请求，到接收到回复的时间（所以不需要两个服务器进行时间同步）。

在统计数据中，会显示发送了多少个包，接收到多少个包，丢包率以及总的消耗时间；还会有 rtt 本机硬件耗费的时间的最小值/平均值/最大值/平均偏差，其中平均偏差的计算公式为：

$$SQRT(SUM(RTT\ast RTT)/N–(SUM(RTT)/N{)}^2)$$

值越大，表示网络情况越不稳定

在 Linux 下才有这个值；windows 下无；Mac 下叫做 stddev

ping 参数

我们可以使用 man ping 来查看 ping 的使用手册，下表列举了常用的 ping 参数供大家参考：

命令	释义
-c [number]	count：指定ping的次数，在到达后自动停止
-A	Adaptive ping：根据每一次ping的时间，自动调整ping的速度
-f	Flood ping：使用极限速度ping目标地址，只有超级用户能够使用，会自动使用静默模式
-i [double]	interval：每次ping 的间隔时间，单位秒
-I [interface]	interface:使用指定网卡进行ping任务
-q	quiet output：使用静默模式，只输出汇总信息
-t [number]	ttl：设置ttl值

ping 执行过程

不知道大家有没有疑惑，ping 命令貌似很简单，但是既可以 ping ip 又可以 ping host，还能 ping website。那他是如何进行解析的呢，如果我们现在 host 中配置了一个与 website 相同的，那么 ping 命令会如何解析呢？还有 ping 命令究竟是怎么与目标服务器进行连接的，好像也没看到使用什么端口，不是说连接两个服务器都需要开端口进行连接吗？

带着疑问我们一步一步进行尝试。

地址解析

地址解析不仅存在于我们的 ping 命令中，也存在各种需要与目的地服务器交互的程序中。在之前的章节中，我们介绍了 traceroute、dns 解析、计算机网络从零到一，其实大部分已经有萌芽的趋势，我们再汇总进行一次全面的解析。

一共涉及到三个重要的文件：

• /etc/hosts

配置所有的 ip:服务器名。

• /etc/host.conf

这个文件在之前的三个章节中均未讲解到。稍后进行讲解。

• /etc/resolv.conf

配置我们 DNS 服务器相关的解析，详情请跳转 dns 解析。

/etc/host.conf

当需要访问其他服务器时，指定主机名的查找方法。默认首先查找 /etc/hosts，如果未能查找再使用 /etc/resolv.conf 文件查找 DNS 服务器，向 DNS 服务器进行请求。

cat /etc/host.conf
# multi on

默认情况下，只会有一行 multi on，标示是否允许 /etc/hosts 中指定的主机有多个 ip 地址，如果有多个 ip 地址，我们一般称之为多穴主机（路由器就是一种多穴主机）。当然，还有其他的相关设置：

• order hosts,bind,nis

主机的解析顺序，使用先 hosts 也就是主机映射解析 /etc/hosts；然后使用 bind，也就是 DNS 解析。当然也可以先 DNS解析 写成 order bind,hosts,nis。nis 防火墙。

• ospoof on

是否开启对该服务器进行 ip 地址欺诈的保护。

当然，这里只列举了最重要的参数，其余可以查看 man5 手册，host.conf 部分：

https://www.man7.org/linux/man-pages/man5/host.conf.5.html

host.conf 配置

当你看完手册后，可以发现上面的描述全是错误的，因为大多数已经被遗弃了，现在只能配置三个参数：

• trim [list]

可以存在多个，使用 : 或 ; 或 , 进行分割的一个数组，并且每个元素都应该是 . 开头。及西裤将自动从使用 DNS 解析的任何域名进行匹配，如果匹配成功，会删除末尾的域名。（这个不会影响 nis 和 hosts）。

• multi [on/off]

标示是否允许 /etc/hosts 中指定的主机有多个 ip 地址，如果有多个 ip 地址，我们一般称之为多穴主机。

• reorder [on/off]

建议禁用。如果设置为 on，解析库则会尝试重新排列主机地址，以便在解析时，后弦列出同一网段的地址。

地址解析实例

所以，可以知道地址解析是由 /etc/host.conf 决定的，那我们来验证一下：

我们设置为优先解析 host，再解析 dns：

cat /etc/hosts
# 192.168.111.128 maggot111128 maggot111128.huangyichun.com
ping maggot111128.huangyichun.com

确实是解析到了我们 hosts 文件中对应的地址，如果 ping 不存在的则为：

则解析到了本人的个人网站服务器了。

ping 协议 ICMP

在之前的 raceroute 讲解中，我们也提到了 ICMP 协议，但没有作为主题进行讲解。

Internet Control Message Protocol 是 TCP/IP 的一个子协议，用于在 ip 主机和路由器之间传递 控制信息，位于在 ip 之上，报文承载在 IP 分组之中，位于网络层。有两个版本分别对应 IPv4 和 IPv6。

ICMP 虽在 TCP/IP 之上，但是与 TCP/IP 一样，是网络层的一部分，ICMP 报文作为 IP 报文的数据部分进行发送。同样 IGMP 也是网络层。

控制信息 包含以下信息：

• 网络是否通常
• 主机是否可达
• 路由是否可用

控制信息 并不传递用户数据，但是它是否成功是信息传递的基础。可以用来检查网络状况，是否正常、网络延时是怎样等等。他不需要端口号。

ICMP 报文类型

ICMP 作为控制协议，有查询和差错两大类报文，总计类 8 类：

ping ICMP 回送请求和应答报文

在网络可达性测试中使用的分组网间探测命令 ping 能产生 ICMP 回送请求和应答报文。目的主机收到 ICMP 回送请求报文后立刻回送应答报文，若源主机能收到 ICMP 回送应答报文，则说明到达该主机的网络正常。

traceroute ICMP 时间超时报文

tracert 命令主要用来显示数据包到达目的主机所经过的路径。通过执行一个 tracert 到对方主机的命令，返回数据包到达目的主机所经历的路径详细信息，并显示每个路径所消耗的时间。