Ping经过路由器的运行过程解析

闲来无事，就用Packet Tracer 5.0搭建网络环境模拟一下Ping的运行过程，以此来捋顺ARP、ICMP等协议在TCP/IP网络体系各层上的详细流程。 用Packet Tracer 5.0搭建如下图所示的简化网络环境： 

PS:以上模拟环境搭建后，arp –a 查看主机A、B都无ARP记录。A和B都配置正确的网关。然后PCA执行ping PCB动作，PCA:>ping 192.168.1.2 –n 1
 一、在主机PCA端： 　

1. Ping处理进程产生一个 ICMP回应请求（ICMP Echo Request message），ICMP把这个数据段发给网络层协议进行ip封装。　
2. IP协议创建一个数据包，其中包含源和目的ip地址、协议字段0x01（告诉接收方主机IP协议，应把这个包中的DATA交由ICMP来处理）。 　

3. 数据包创建后，在发出之前，IP协议判断目的IP，发现192.168.1.2不是本地网络的地址也不是广播地址。

4. 在IP判定数据包是发往远程网络的之后，就要把数据包发给默认网关处理.

5. 主机A的默认网关被配置为192.168.0.1，即Router0的F0/0端口。本地局域网通信都是根据MAC地址的，要将数据包发给Router0的F0/0就要知道它的MAC地址。启动ARP协议。

6. ARP进程查询PCA主机上的ARP缓存，发现ARP缓存表中没有192.168.0.1对应的MAC条目。这时ARP暂存数据包并产生一个ARP请求。

7. ARP请求被封装成帧后被广播出去，在同一个网络内的网络设备都接收这个帧（因为MAC为广播地址）。

二、在Router0端：

8. 和PCA同一子网内的Router0的F0/0网卡接口接收上面到的ARP数据封装帧后，进行帧校验（不正确丢弃）后，该帧将被传送给设备驱动程序。设备驱动程序判断这是ARP类型数据，就交给ARP协议，ARP协议读取这个ARP数据，判断其中TARGET IP（不是自己的丢弃）是不是发给自己的数据。　

9. 目标IP：192.168.0.1，是给自己的数据，ARP进程则读取数据中的Opcode（操作码）判断这是一个ARP请求。然后根据数据里的SOURCE地址把对方的IP-MAC映像写入本地ARP缓存表里，然后产生一个ARP回应给192.168.0.2（PCA）。　


10. ARP进程把产生的ARP回应交给数据链路层封装成帧(看上图)，然后交给物理层一位一位发出去。过程类似上面的过程。
　　

三、回到主机PCA端：

11. 网卡收到ARP回应帧后，判断这个帧，过程类似Router0端接收ARP请求过程。ARP进程从这个回应数据中读取source IP-MAC地址映象并写入本地ARP缓存中。ARP进程将之前暂存的IP数据包和Router0的f0/0的MAC地址交给数据链路层，封装成帧后发出。如下图：


四、再到Router0端

12. Router0的f0/0接到上面的数据帧后，帧校验正确后，检查Destination MAC是给自己的，且TYPE指示帧中数据部分是是IP数据包，所以就把其中的数据部分交给IP协议。IP进程读取数据包中的目标地址：192.168.1.2，发现它和该路由器配置的任一个接口的IP地址都不匹配。

13. 接下来，路由器在其路由表中查找目的地址192.168.1.2的网络地址192.168.1.0的表项(如果查不到丢弃并回应一个目标不可达的ICMP给源IP)，这里查到目标网络是和f0/1接口直接相连的，不需要路由协议，直接把数据包交换到F0/1接口的缓冲区中。注意：交换数据包的过程不改变IP数据包的内容，只把TTL-1=127（因为经过了一跳）。

 

14. 同样的，f0/1得到这个数据包后，也要先找到目标IP的MAC地址才能把它交给数据链路层封装成帧。ARP进程查询路由器上的ARP缓存，发现ARP缓存表中没有192.168.1.2对应的MAC条目。这时ARP暂存数据包并产生一个ARP请求。过程同PCA主机寻找默认网关MAC,不在详述。

15. f0/1ARP进程取得目标主机的MAC后，把PCB的映像写入ARP缓存。并把数据包和目标MAC交给数据链路层封装成帧，发出去。　

 
五、在PCB主机端

16. 在15步之前，PCB收到Router0F0/1（192.168.1.1）的ARP请求后，把F0/1的IP-MAC地址写入该机ARP 缓存表。

17. PCB接收到Router0 f0/1发来的数据帧后。帧校验正确后，检查Destination MAC是给自己的，且TYPE指示帧中数据部分是是IP数据包，所以就把其中的数据部分交给IP协议。

18. IP进程读取数据包中的目标地址：192.168.1.2，发现是给自己的数据，然后发现PROTOCOL字段(0x01)是ICMP。则把该包中数据部分交给ICMP协议，ICMP进程读取数据。

19. ICMP进程发现TYPE: 0x8是一个Ping回应请求。它就应邀产生一个TYPE: 0x0的ICMP(Ping请求响应)，然后交给IP协议，IP进程把之前数据包的源IP当目的IP进行封装，之后检查这个IP是远程网络的。就要交给默认网关处理。调用ARP协议，ARP进程查本机ARP缓存，发现有192.168.1.1(网关)的条目。IP协议从ARP进程得到网关的MAC后，把数据包和MAC地址交给数据链路层封装成帧。然后由物理层发出去。


六、在Router0端

20. F0/1接口收到这个帧后（其实这里忽略了物理层），经过校验和检查MAC，判断是给自己的正确的帧，且数据内容是IP数据包，就把数据交给IP协议。IP进程发现目标IP不是本地网络，就查路由表，查到它的网络地址连接在f0/0接口，就把数据包中TTL-1后交换到F0/0的缓存中。

21. f0/0接口的IP进程检查从F0/1转过来的数据包的目的IP，发现在它在自己网络内。ARP进程从ARP缓存中查到目标ip的MAC后提供给IP协议，IP协议把数据包和MAC再交给数据链路层封装成帧。
　　

七、在PCA端

22. PCA主机网卡接口收到f0/0发来的帧后（其实这里忽略了物理层），经校验和确认MAC是自己的后，读取帧类型，发现是IP数据包，就交给IP协议。IP核对目的IP地址后发现数据包协议字段是ICMP的，就把数据包中数据部分（ICMP报文）交给ICMP协议。ICMP进程发现报文中类型字段是对Ping请求的响应（0x00），然后就把处理响应的结果显示给正在等待的Ping请求的用户的屏幕上.