从0到1用java再造tcpip协议栈：基于ICMP echo协议的ping应用原理

如果你发现突然上不了网时，技术小白最常用的手段是重启一下，而有点技术范的人会打开控制台，然后输入：

ping www.baidu.com

然后观察控制台是否有相应的数据包信息显示。ping功能是我在机器上不了网时最常用的命令，它的作用是用于甄别到底是我要访问的网站挂了，还是网络出了问题，如果我连续ping几个对象，发现没有相应的回复数据包，那么我就知道我的网络出了问题，本节我们就看看如何从代码上实现ping 功能。

ping其实是ICMP协议控制信息的一个子功能。它的根本目的是检测两台设备之间是否能正常交换数据。ping的基本流程如下，假设设备A想看看它能否连接到设备B,它会发送一个ICMP echo 消息给B,B如果收到的话，它会放回一个ICMP echo reply消息给A,当A收到B的消息后，它知道它与B是能正常连接的。我们先看看echo消息的格式，ICMP数据包中的type字段值设置为1，code字段设置成0，此时有两个字段的校验值，接着是两字段的identifier用于辨识消息发出者和接收者，接着是两字节的Seuqence Number，用于将请求消息和回复消息对应起来，最后附带一系列而外数据，如下图：

屏幕快照 2019-01-10 下午4.59.57.png

这里有两个字段需要搞清楚，他们是identifier和sequence number，identifier用来辨别不同的ping流程，例如我们启动两个控制台窗口，分别输入ping命令，那么运行起来两个不同的ping进程，这两个ping进程就依靠不同的identifier来区分。而一次ping过程不止发送一个数据包，如果一次发送多个数据包，那么同一个ping流程内就用sequence number把不同的数据包给区分开来，这个字段一般都是递增的。

最后的optional Data 是发送者添加的额外数据，接收者回复时必须把这段数据也附带到回复数据包上。这些数据这些数据可要可不要，附带它们往往是为了检测当前可用带宽等其他目的。

我们在控制台使用ping命令，然后用wireshark抓包，看看包结构内容，我用ping 192.168.2.1 向路由器发出一个icmp echo请求，下面是我发出的数据包以及回应包的内容：

屏幕快照 2019-01-11 下午4.19.24.png

上面是我向路由器发出的ping请求包，注意看ICMP数据部分type=8, code = 0,identifier = 59457, sequence number = 0,这表明该包是ping程序发出的第一个数据包，我们再看看路由器的返回包：

屏幕快照 2019-01-11 下午4.22.48.png

注意看返回包与请求包唯一不同在于它的type=0，其他的都相同，特别是identifier与sequence number必须相同。接下来我们看看如何实现ping 程序，要注意ping是对协议的应用而不是协议本身，它利用协议提供的功能来完成一次通讯目的，因此ping只是利用了ICMP协议而不属于ICMP协议，由此我们将以下面架构来完成ping程序：

1.png

ping和QQ,BT,等这样网络应用程序属于同一类，他们都属于Application，它们需要依据某种传输协议来实现自己的通讯目的，于是他们从Protocol那里请求特定的协议构造传输包头，然后Protocol把构造的包头返回，应用程序把自己的数据和包头结合在一起传给DataLink发送出去，上图中Application 和 protocoal只是概念，在代码中并不一定对应有实体。

下一节我们看看具体代码如何实现。

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