计算机网络入门 1：ping 做了什么：数据如何流动#

1. DNS 解析#

在上一章中，我们提到 “IP 用来表示网络位置与具体设备，想要在互联网上定位一个设备，唯一的方式是通过访问 IP”，所以 ping 做的第一件事就是从便于人类记忆的域名解析出能进行访问的 IP，这就是我们看到的 98.98.225.192，我们 ping 百度其实就等效于 ping 这个 IP，直接执行 ping -c 1 98.98.225.192 的效果是完全一致的

那 DNS 解析是怎么进行的呢，我们可以读取 /etc/resolv.conf 来查看 DNS 配置，执行

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cat /etc/resolv.conf

输出

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# Generated by resolvconf
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search ... # 可能没有这行
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nameserver 127.0.0.1
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nameserver ::1
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options ...

可以发现 DNS 服务位于本地，在你的电脑上，nameserver 可能是一个公网 IP，比如 1.1.1.1(cloudflare)、223.5.5.5(阿里) 等，也可能是其他本地进程，比如 Tailscale 的 Magic DNS 等，不论是本地进程还是远程服务，它们做的事情就是帮我们将域名解析成 IP

实际上，对于 www.baidu.com 这样的名称，系统并不会直接进行 DNS 查询，而是遵循 /etc/nsswitch.conf 配置的规则进行解析，可以参考拓展阅读

2. 路由表#

现在我们有了 IP 地址，数据包终于可以发送了，但我们要发给谁呢，我们只知道 98.98.225.192 是百度，但我们还不知道怎么前往这个地址，这时候就是路由表生效的时刻了，执行

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ip r

输出

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default via 192.168.1.1 dev wlp4s0 ... src 192.168.1.2 ...
2
192.168.1.0/24 dev wlp4s0 ... src 192.168.1.2 ...
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...

这里的每一行都是一个条目，系统会优先匹配更小的子网（更大的前缀长度），default 是最后匹配的条目，因为对应前缀长度 0；回忆上一章的知识，只有前 24 位与 192.168.1.0 相同的 IP 才属于这个子网（192.168.1.x），98.98.225.192 不在子网中，因此走第一行 default 配置

via 192.168.1.1 表示系统需要将这个包发给 192.168.1.1，实际上，这个 IP 对应的往往是家里的路由器；dev wlp4s0 表示系统会用这张网卡发送数据包，src 192.168.1.2 标识了数据包的来源（也就是本机地址），别忘了我们的 ping 还需要接受服务器的回包，那肯定要告诉服务器向谁回复

因此，数据的流向和结构就清楚了，我们需要给具体的数据套上一层壳，上面写着：将来自 192.168.1.2 的 <具体数据> 送往 98.98.225.192；系统将这个包通过网卡 wlp4s0 发送给路由器 192.168.1.1

在这个例子中，我们的源地址 192.168.1.2 其实是内网地址，路由器会将这个地址改写成它所拥有的公网地址，这个过程叫做 NAT，具体的内容会在后续章节中涉及；在这个例子中，尽管 ping 是应用程序，但它使用的是 ICMP 协议（网络层），IP 报文携带的负载也由 ICMP 规定，数据流向基本只涉及到 OSI 模型的 1-3 层

3. 邻居表#

我们已经知道，数据包要交给路由器 192.168.1.1；但在局域网内，只有 IP 还不够。IP 是逻辑地址，可能在不同网络中重复，而且网卡、交换机等 Layer 2 设备并不能直接根据 IP 找到下一跳。在局域网内，真正用来定位设备的是 MAC 地址

在上一章中，我们提到”MAC 地址标识了一个 Layer 2 设备，且 MAC 地址（逻辑上）可以认为不会重复也不会变更，与 Layer 2 设备是一一对应的关系”，在这个例子中，无线网络连接了路由器和无线网卡（可以认为是一条网线插在了网口和路由器 LAN 口之间，实际上有线的 802.3 帧结构跟 WiFi 的 802.11 帧结构不一致，但这超出了本系列的范围），路由器和网卡都有一个 MAC 地址，只要知道这个 MAC，那么网卡就能将数据传递过去了

然而电脑怎么知道局域网内其他设备的 MAC 呢，它会像整个子网广播一条消息：192.168.1.2 的 MAC 是 aa:bb:cc:dd:ee:ff，询问 192.168.1.1 的 MAC 是多少；这个消息会传递给子网内的所有设备，当路由器 192.168.1.1 收到后，就会回复自己的 MAC，这个回复不会广播，只有 aa:bb:cc:dd:ee:ff 能收到，此时，网卡就在之前构建出的 IP 报文的基础上再加上：源 MAC 和目标 MAC，这下终于能通过物理介质将数据包发往路由器了

我们可以查看网卡的 MAC，执行

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ip l

输出

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2: wlp4s0:...
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    link/ether aa:bb:cc:dd:ee:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
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    altname ...

这里的 aa:bb:cc:dd:ee:ff 就是网卡的 MAC，而 brd 后面的 ff:ff:ff:ff:ff:ff 是广播 MAC，表示广播到子网的所有设备

在收到 ARP 回复后，操作系统会缓存 IP 到 MAC 的映射，避免反复查询，这就是邻居表，执行

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ip n

输出

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192.168.1.1 dev wlp4s0 lladdr ff:ee:dd:cc:bb:aa REACHABLE
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...

这表示在设备 wlp4s0 上连接的邻居是 192.168.1.1、MAC 是 ff:ee:dd:cc:bb:aa

4. 互联网#

路由器收到数据包后，改写源地址，通过互联网将这个数据包送到百度的服务器 98.98.225.192，百度同样构建了一个数据包，写上：将来自 98.98.225.192 的 <回复数据> 发送给 <NAT 映射后的地址>(路由器的公网 IP)；路由器收到数据包后，改写目标地址为 192.168.1.2，送回到我们的电脑上

互联网传递数据的方式不在本系列涉及的范围内，在本系列中，只需知道路由器能在知道目标 IP 的情况下将数据包送往目标即可

5. 构建输出#

ping 计算了一下收到数据包跟发送数据包的时间差，给我们一个输出

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64 bytes from 98.98.225.192: icmp_seq=1 ttl=49 time=225 ms
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--- www.wshifen.com ping statistics ---
4
1 packets transmitted, 1 received, 0% packet loss, time 0ms
5
rtt min/avg/max/mdev = 225.124/225.124/225.124/0.000 ms

1. www.wshifen.com 是什么#

DNS 承担的功能不止有将域名解析为 IP，它还可以将域名解析为另一个域名，这是通过 DNS 服务器的条目类型控制的，A 会将域名解析成 IPv4 地址，AAAA 会将域名解析成 IPv6 地址，CNAME 会将域名解析到另一个域名

执行

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dig www.baidu.com

输出

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...
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;; ANSWER SECTION:
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www.baidu.com.    1200  IN  CNAME  www.a.shifen.com.
4
www.a.shifen.com.  30  IN  CNAME  www.wshifen.com.
5
www.wshifen.com.  300  IN  A  98.98.225.192
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...

这里就能看到 www.baidu.com 被解析为 www.a.shifen.com，www.a.shifen.com 被解析为 www.wshifen.com，最后 www.wshifen.com 被解析为 IP，这个 IP 并不固定，会根据访问的地区发生变化，也可能有多个 IP 来保证可用性

2. 主机名解析#

www.baidu.com 是一个主机名，baidu.com 是一个域名，主机名通常属于某个域，执行

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cat /etc/nsswitch.conf

输出

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...
2
hosts:     mymachines files myhostname dns
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...

这行的四个单词表示了主机名解析顺序，系统（glibc、nscd等）会依次尝试，其中：

mymachine：查询本机的虚拟机、容器，可以执行 machinectl list 查看

files：/etc/hosts，可以直接 cat 查看

myhostname：主机名，可以执行 hostnamectl 查看

在这个例子中，前三个条目都无法查询到 www.baidu.com，因此落到最后一个 dns

我们已经查看过 DNS 解析的具体配置了（nameserver 127.0.0.1），当走到 dns 这个条目时就会遵循这个配置，我们现在可以看看到底是哪个进程在提供服务（默认 53 端口，端口的概念在后续文章中会有涉及），执行

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sudo ss -lunp | grep :53

输出

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... users:(("dnsmasq",pid=1895,fd=4))

这说明笔者电脑上，一个名为 “dnsmasq” 的进程在提供 DNS 解析服务，如果要了解它的配置，执行 sudo ps aux | grep 'dnsmasq'，其命令行参数中指定了配置文件，但这就远远超出本系列的范畴了，因此略去不谈