Linux 网络协议栈开发番外篇（三）—— ping命令执行过程详解

先看拓朴图：

其中ARP报文格式如下:

ARP报文格式为：

当主机B收到了这个报文后，发现是主机A 的ICMP回显请求，就按同样的格式，返回一个值给主机A，这样就完成了同一网段内的ping过程。

如果主机A要ping主机C，那么主机A发现主机C的IP和自己不是同一网段，他就去找网关转发，但是他也不知道网关的MAC地址情况下呢就会向之前那个步骤一样先发送一个ARP广播，学到网关的MAC地址，再发封装ICMP报文给网关路由器。报文格式如下：

最后，在主机C已学到路由器2端口MAC地址，路由器2端口转发给路由器1端口，路由1端口学到主机A的MAC地址的情况下，他们就不需要再做ARP解析，就将ICMP的回显请求回复过来。报文格式大致如下:

总结：

1、两台主机不在同一子网内，主机A要与主机C通信，主机A要向“缺省网关”发出ARP包，而“缺省网关”的IP地址已经在主机A系统软件中设置。这个IP地址实际上对应路由器1端口的IP地址（1.1.1.2）。所以主机A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，路由器的1端口的MAC回复给主机A，此时主机A数据包的目的MAC替换为路由器1端口MAC。
2、MAC替换后，经物理层，传输到交换机物理层，再传到交换机数据链路层，再经数据数据链路层到物理层。
3、经bit流传到路由器的物理层，然后传到数据链路层，二层解封装，目的IP与路由器三层IP路由表比较，若匹配正确，交给上层处理，否则会缓存数据包内容，然后根据目标地址查找路由表找到相关表项，得到NEXT HOP及出接口的MAC地址，用这两个地址作为新的目的及源MAC地址封装事先缓存的数据包，然后转发，这个过程称为帧的重写（REWRITE）。
4、重复进行MAC替换后，在路由器中，找到与目的IP匹配表项，若路由器中存在主机C对应的MAC表项，则数据传输到C网络层，否则路由器发送ARP广播请求主机C的MAC。
(5)当主机C收到主机A的数据包后，再从主机C到主机A进行一次反向MAC替换过程。反向过程中，每一步省略掉ARP请求NEXT HOP的MAC，因为MAC表已经建立起来

重要知识点：

在数据包端到端的传输过程中，逻辑地址始终不会发生改变，而MAC地址则随着具体链路的不同而不同。

路由器在某一个入接口上接收到数据帧后，先检测目的地是否是自己。若是，则交给上层处理，否则会缓存数据包内容，然后根据目标地址查找路由表找到相关表项，得到NEXT HOP及出接口的MAC地址，用这两个地址作为新的目的及源MAC地址封装事先缓存的数据包，然后转发，这个过程称为帧的重写（REWRITE）。

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）有以下特点：
1、ARP由ARP Request(广播)与ARP Reply（单播）组成。
2、只有当发送方认为目标主机与自己位于同一逻辑网络（同一网段），ARP Request才会发出。
3、属于本地的MAP（不同于FR MAP）IP地址与MAC地址均属于同一个设备（接口）。

其他概念：

1、封装
　所谓封装是指在发送方发生的自上而下的过程——在每一层为应用数据添加上特定的头部/尾部信息（PDU，Protocol Data Unit，协议数据单元）
　Application（应用程序）→segment（数据段）→packet（数据包）→frame（数据帧）→bit（比特，二进制位）

2、解封装
所谓解封装是指在接收方发生的自下而上的过程——逐层的去掉头部以及尾部信息