網絡基本功（十四）：細說診斷工具ping

網絡基本功（十四）：細說診斷工具ping

 

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介紹

 

ping的工做原理很簡單，一臺網絡設備發送請求等待另外一網絡設備的回覆，並記錄下發送時間。接收到回覆以後，就能夠計算報文傳輸時間了。只要接收到回覆就表示鏈接是正常的。耗費的時間喻示了路徑長度。重複請求響應的一致性也代表了鏈接質量的可靠性。所以，ping回答了兩個基本的問題：是否有鏈接？鏈接的質量如何？本文主要討論這兩個問題。

更多信息

 

正常的ping操做主要是兩個特定的ICMP消息，ECHO_REQUEST和ECHO_REPLY。理論上，全部TCP/IP網絡設備都應當經過返回報文來響應ECHO_REQUEST，但實際上並不老是如此。

 

ping的解析:

 

大多數操做系統版本，會一直髮送ECHO_REQUESTs，直到中斷爲止。例如：

bsd1# ping www.bay.com

PING www.bay.com (204.80.244.66): 56 data bytes

64 bytes from 204.80.244.66: icmp_seq=0 ttl=112 time=180.974 ms

64 bytes from 204.80.244.66: icmp_seq=1 ttl=112 time=189.810 ms

64 bytes from 204.80.244.66: icmp_seq=2 ttl=112 time=167.653 ms

^C

--- www.bay.com ping statistics ---

3 packets transmitted, 3 packets received, 0% packet loss

round-trip min/avg/max/stddev = 167.653/179.479/189.810/9.107 ms

bsd1#

這一過程被Ctrl-C中斷，此時打印出彙總統計。

上述結果中，針對每個報文的回覆給出了報文大小，來源，ICMP sequence number，TTL值，以及往返時間。其中，sequence number和往返時間對於評估基本鏈接情況來講是最有用的信息。

當發送一個ECHO_REQUEST時，將發送時間記錄在報文裏，並複製到遠端主機相應的ECHO_REPLY報文中。當接收到ECHO_REPLY時，經過比較當前時間與報文時間計算出耗費時間。若是沒有收到符合該sequence number的報文，則認爲該報文丟失。耗費時間長短以及變化範圍取決於中間鏈路數量，速度，以及鏈路擁塞狀況。

什麼值是合理的呢？這一值高度取決於網絡以及網絡質量。若是是在LAN網絡環境下，響應時間仍是很快的，一般在十幾毫秒範圍以內。若是鏈接到外網則該值會顯著增長。若是是遠程站點，可能會耗時上百毫秒。

你也能夠用ping來粗略計算鏈接的吞吐量。在外網上發送兩個不一樣大小的報文，經過-s選項來完成。時間長度的差異會反映大報文中額外數據所耗費的時間。例如，假設ping 100字節耗費30ms而ping 1100字節耗費60ms，所以，往返額外花費30ms單程額外花費15ms，多發送1000字節或8000比特。吞吐量近似爲每15ms 8000比特或540，000bps。兩個測量值之間的差別用來扣除開銷。固然這一估算是很是粗略的，沒有考慮到路徑上其餘數據流的狀況，也沒有考慮路徑上全部鏈路的狀況。

TTL貌似能夠估算一條路徑上的跳數，可是這有一些問題。當發送報文時，TTL字段先被初始化接着通過路徑上每一個路由器都要遞減。若是達到0，報文就被丟棄了。從而對全部報文生命週期有必定限制。於是在路由迴環的過程當中，報文不會無期限存在於網絡上。不幸的是，TTL字段可能會，也可能不會被遠端設備重置，若是重置，也沒有一致性。所以，要使用TTL字段估算路徑中的跳數須要知道詳細的系統信息。

一般一串穩定的回覆意味着健康的鏈接。若是報文丟失或丟棄，能夠在sequence number中看到跳數，以及丟失報文的編號。偶爾丟失一個報文不表示真的有什麼問題。特別是跨越多臺路由器或擁塞網絡時。一個序列中的一個報文丟失或耗費明顯更長時間是很正常的，這是由於路徑中各條鏈路需對第一個報文作ARP解析。在ARP數據保存以後，後續報文就不會有這種開銷。可是，若是丟失報文比例較大，則有可能路徑上有問題。

某些狀況下會收到ICMP錯誤消息。一般來自路由器，這裏麪包含頗有用的信息。例如，下例中，設備嘗試訪問一個不存在的網絡上的設備：

bsd1# ping 172.16.4.1

PING 172.16.4.1 (172.16.4.1): 56 data bytes

36 bytes from 172.16.2.1: Destination Host Unreachable

Vr HL TOS  Len   ID Flg  off TTL Pro  cks      Src      Dst

4  5  00 5400 5031   0 0000  fe  01 0e49 172.16.2.13  172.16.4.1

 

36 bytes from 172.16.2.1: Destination Host Unreachable

Vr HL TOS  Len   ID Flg  off TTL Pro  cks      Src      Dst

4  5  00 5400 5034   0 0000  fe  01 0e46 172.16.2.13  172.16.4.1

 

^C

--- 172.16.4.1 ping statistics ---

2 packets transmitted, 0 packets received, 100% packet loss

因爲路由器沒有到達該網絡的路徑，因此返回ICMP DESTINATION_HOST_UNREACHABLE信息。一般若是問題發生在運行ping命令的設備上，則會收到Destination Host Unreachable告警或 Destination Network Unreachable告警。若是問題發生在轉發報文的設備上，則只會收到一條Destination Host Unreachable。

 

下例中，嘗試向一臺已配置拒絕從源設備接收數據流的路由器發送數據：

bsd1# ping 172.16.3.10

PING 172.16.3.10 (172.16.3.10): 56 data bytes

36 bytes from 172.16.2.1: Communication prohibited by filter

Vr HL TOS  Len   ID Flg  off TTL Pro  cks      Src      Dst

4  5  00 5400 5618   0 0000  ff  01 0859 172.16.2.13  172.16.3.10

 

36 bytes from 172.16.2.1: Communication prohibited by filter

Vr HL TOS  Len   ID Flg  off TTL Pro  cks      Src      Dst

4  5  00 5400 561b   0 0000  ff  01 0856 172.16.2.13  172.16.3.10

 

^C

--- 172.16.3.10 ping statistics ---

2 packets transmitted, 0 packets received, 100% packet loss

被過濾條件阻止的告警信息代表報文被丟棄。但也有可能過濾條件不顯示該告警。

 

下例中，

bsd1# ping 172.16.3.10

PING 172.16.3.10 (172.16.3.10): 56 data bytes

^C

--- 172.16.3.10 ping statistics ---

6 packets transmitted, 0 packets received, 100% packet loss

路由器上使用一樣的過濾條件，但應用於離開網絡的數據流，而不做用於inbound數據流。所以，沒有消息發送。這時，ping就沒法告訴你爲何報文沒有收到回覆。

 

ping的選項:

 

一些選項控制發送報文的速率和數量，-c選項容許用戶指定發送報文的數量。例如，ping –c10會發送10個報文而後中止。這一命令在腳本中頗有用處。

命令-f和-l用於將報文泛洪到網絡上。-f選項代表報文發送速率與接收主機可以處理速率相同。這一參數可用於鏈路壓力測試或接口性能比較。

-l選項用於計數，儘量快的發送該數量報文，而後恢復正常。該命令用於測試處理泛洪的能力，須要root權限執行。

-i選項用於用戶在兩個連續報文之間指定等待秒數。該命令對於將報文間隔開或用在腳本中很是有用。正常狀況下，偶然的ping包對數據流的影響是很小的。但重複報文或報文泛洪影響就很大了。所以，使用以上選項時需謹慎。

-n選項將輸出限制爲數字形式，這在遇見DNS問題時頗有用。-v顯示更詳盡輸出，較少輸出爲-q和-Q。

-s選項指定發送數據的大小。但若是設置的過小，小於8，則報文中就沒有空間留給時間戳了。設置報文大小能診斷有路徑MTU(Maximum Transmission Unit)設置或分段而致使的問題。若是不使用該選項，ping默認是64字節