引子

在与开发板打交道的过程中,网络成为了出现问题最多的地方,之前我们谈过 DNS 的事情,今天我们来说说 Ping 这个命令,每次网络出问题的时候最喜欢的命令就是

ping baidu.com # 最喜欢 ping 前司了
ping 8.8.8.8

那 ping 命令到底是用来干什么的呢?其中的原理是什么呢?接下来让我们一起探索一下.

什么是 ping

Ping 即是一个动词又是一个名词,名词在于他本身就是一个应用,动词在于我们常常使用 ping 命令.

甚至,我们平时打游戏的时候常说的就是这个 ping,当你的 ping 值很高时,那代表你可能有些卡了!

原理

当我们在主机上使用 ping IP/DomainName 时

  1. 我们的主机就会向远程的服务器发送多个 ICMP echo requestes
  • 这是 ICMP 协议中专门用于测试网络连通性的一种报文;
  • 其对应的就是 ICMP echo reply,众所周知,ICMP 作用于网络层,IP所在的层.
  • 这个报文会带着一个发送的时间戳和序号
  • 其不依赖于 TCP/UDP,而是直接封装在 IP 包中,所以自然是一个不可靠传输.
  1. 如果目标主机可达,返回响应
  2. Ping 工具靠着应答时间与发送时间计算时间差即 RTT,并统计包数量,计算丢包率,同时还提供 TTL 生存时间值(可以经过多少个路由器);如下所示
ping baidu.com
PING baidu.com (110.242.68.66): 56 data bytes
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=0 ttl=47 time=68.472 ms
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=1 ttl=47 time=47.705 ms
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=2 ttl=47 time=30.750 ms
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=3 ttl=47 time=37.783 ms
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=4 ttl=47 time=43.311 ms
64 bytes from 110.242.68.66: icmp_seq=5 ttl=47 time=33.979 ms
^C
--- baidu.com ping statistics ---
6 packets transmitted, 6 packets received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/stddev = 30.750/43.667/68.472/12.430 ms

关于数据包传递的细节,我们后续在其他文章中更新,这会涉及到网络层的内容.

用途

知道了 Ping 的工作原理,我们来看看他有什么用途:

  1. 最常见的就是验证远程的服务器,网站,网络设备能不能通过我们的网络访问
  2. 从结果可以看到,还可以测量数据包的 RTT(time字段) 和丢包率来评估网络的延迟情况
    1. 丢包率受多个因素影响,可能是防火墙,可能是网络拥塞
  3. 还可以测试本地环回地址以此来验证本地的 TCP/IP 栈是否正常

所以回到上面游戏里的 ping 值,当 ping 值过高,就表示着我们与当前连接的远程服务器之间的网络并不畅通,数据包的传输比较慢,或者丢包严重,自然就造成游戏操作变卡.

traceroute

看完了上面 ping 的作用,可以顺便思考一下,Ping 不能看到什么?

没错,ping 看不到数据包在网络中的路径——从哪里到哪里的. 所以我们需要另外一个工具来查看路由中的每个跳转,以此来跟踪整条路径,判断出在哪里出现了丢包,超时等情况.

traceroute 的工作过程如下:

  • 发送第一个 TTL = 1 的数据包 → 第一个路由器返回 “TTL exceeded” → 记录第 1 跳 IP 和 RTT
  • 然后发送 TTL = 2 的数据包 → 第二个路由器返回 → 记录第 2 跳
  • 一直增加 TTL，直到目标主机响应，或者达到最大 TTL
traceroute to google.com (172.217.31.142), 64 hops max, 40 byte packets
 1  * * *
 2  * * *
 3  * * *

从这例子来看,很可惜,应该是 google 的防火墙屏蔽了我的请求.但这并不意味着 google 不能访问.

那再试试我的路由器.

traceroute 192.168.1.1
traceroute to 192.168.1.1 (192.168.1.1), 64 hops max, 40 byte packets
 1  192.168.1.1 (192.168.1.1)  30.071 ms  2.634 ms  2.095 ms

很明显,从我的主机到路由器就只需要一跳.

所以,我们日后在排查的时候可以将 ping 和 traceroute 结合起来,前者用于检测是否可以连通,后者来检查如果有问题哪里出了问题.

mtr

这是一个更强的 traceroute,mtr 会实时显示每跳的 RTT 和丢包情况，比 traceroute 更直观.推荐使用.

1

可以看到,分为前几跳,中间几跳和最后.

  • 前几跳可能在局域网中
  • 中间几跳是具体的 IP 地址,这些是电信的骨干网,特别是最后一个是电信的网络出海口.
  • 有些运营商路由器默认不回应 mtr 的 ICMP/UDP 包，这不代表一定有问题

Ping spoofing

where the main goal is to overwhelm the victim’s server by sending it an extremely large number of echo request packets within a short period of time.

具体而言,攻击者可以伪造 ping 命令的 ICMP 包,将一个被害者的 IP 作为 源 IP,目标主机随意; 之后对一批目标主机发起 ping 命令,那么就会造成数不胜数的 ICMP reply 返回给被害者,形成反射攻击,是 DDoS 攻击的一种,称为 DDos放大.

hping3 -1 --spoof 10.0.0.2 8.8.8.8 # 被害者为10.0.0.2

如何避免呢?这里仅仅列出几个常见做法,没有深究具体过程.

  • 过去的方法是采用防火墙即 iptables 限制 ping 的速率和来源
  • 现在常用的有入侵检测系统,会检查异常的 ICMP 活动
  • 对源地址进行验证(反向路径过滤)

实际应用

在实际的开发板操作过程中,有时遇到 ping 不通的情况,但实际情况就是自己的网卡,网络不太行.(因为我的随身wifi不太好)

在网络正常的情况下,我 ping 8.8.8.8, baidu.com 都是成功的. 这里就要多嘴一句,你认为 ping 命令与 DNS 有关吗?一个网络层,一个应用层,好像…

其实是可能有关的,例如 ping google.com 我们需要用到 DNS 来解析此域名为 IP 地址.

在这个命令中会先触发一次 DNS 得到 IP 地址,然后通过 socket 接口传给内核网络栈,最终传给网络层去封装,再层层递进…

总结

总结一下,这篇文章还是比较简单的,因为 ping 命令可能从小时候的微机课都或多或少地接触过了,一个人人都能上手的检测网络连通性的好办法.

这里是LTX，感谢您阅读这篇博客，人生海海，和自己对话，像只蝴蝶纵横四海。

引用