Ping命令应用探究

Posted 2020-11-28 csuflower

在网络中ping是一个十分强大的TCP/IP工具。它的作用主要为：

（1）用来检测网络的连通情况和分析网络速度；

（2）根据域名得到服务器IP；

（3）根据ping返回的TTL值来判断对方所使用的操作系统及数据包经过路由器数量。

我们通常会用它来直接ping IP地址，来测试网络的连通情况。

ping 命令是基于 ICMP 协议来工作的，「 ICMP 」全称为 Internet 控制报文协议（Internet Control Message Protocol）。ping 命令会发送一份ICMP回显请求报文给目标主机，并等待目标主机返回ICMP回显应答。因为ICMP协议会要求目标主机在收到消息之后，必须返回ICMP应答消息给源主机，如果源主机在一定时间内收到了目标主机的应答，则表明两台主机之间网络是可达的。

举一个例子来描述「ping」命令的工作过程：

1）假设有两个主机，主机A（192.168.0.1）和主机B（192.168.0.2），现在我们要监测主机A和主机B之间网络是否可达，那么我们在主机A上输入命令：ping 192.168.0.2；

2）此时，ping命令会在主机A上构建一个 ICMP的请求数据包（数据包里的内容后面再详述），然后 ICMP协议会将这个数据包以及目标IP（192.168.0.2）等信息一同交给IP层协议；

3）IP层协议得到这些信息后，将源地址（即本机IP）、目标地址（即目标IP：192.168.0.2）、再加上一些其它的控制信息，构建成一个IP数据包；

4）IP数据包构建完成后，还不够，还需要加上MAC地址，因此，还需要通过ARP映射表找出目标IP所对应的MAC地址。当拿到了目标主机的MAC地址和本机MAC后，一并交给数据链路层，组装成一个数据帧，依据以太网的介质访问规则，将它们传送出出去；

5）当主机B收到这个数据帧之后，会首先检查它的目标MAC地址是不是本机，如果是就接收下来处理，接收之后会检查这个数据帧，将数据帧中的IP数据包取出来，交给本机的IP层协议，然后IP层协议检查完之后，再将ICMP数据包取出来交给ICMP协议处理，当这一步也处理完成之后，就会构建一个ICMP应答数据包，回发给主机A；

6）在一定的时间内，如果主机A收到了应答包，则说明它与主机B之间网络可达，如果没有收到，则说明网络不可达。除了监测是否可达以外，还可以利用应答时间和发起时间之间的差值，计算出数据包的延迟耗时。

ping的一个最常见的应用就是用来计算网络游戏中的实时延迟。游戏玩家可以通过查看自己的ping值来判断实时网络情况。

那我们如何计算客户端与服务器之间的时间延迟呢？这里有一个比较简单的方法，那就是通过发数据包测量。

首先，我们先来梳理下数据包发送的整个流程：

1）客户端A先记录自己的本地时间TA1，然后给服务器发B发送一个报文。

2）服务器B收到报文之后，记录自己的本地时间TB，然后把TB放入报文里发送给客户端A。

3）客户端A收到信息之后，记录下收到报文的时间TA2.

由于报文往返的时间是相等的，所以客户端发送给服务器的时间延迟P = （TA2 - TA1）/ 2

一般，P只计算一次是不够精确的。我们可以让客户端A定时的给服务器B发送测量信息，然后计算P的平均值。

这个平均值就是我们想要获取的时间延迟了。

另外如果我们想要知道客户端和服务器的本地时间差，可以怎么获取呢？

这个也是可以通过公式计算出来的

我们可以先假设A和B的本地时钟是一样的（当然这个假设明显不成立），那么

TB = TA1 + P ，把上面的P套入公式，整理后可以得TB = (TA1 + TB2) / 2

可是实际上A和B之间是有时间差X的，于是 TB + X = （TA1 + TB2）/ 2

        整理后可得X = （TA1 + TB2）/ 2  - TB