一、ICMP协议

首先需要了解一下ICMP协议，即：网络控制消息协议（Internet Control Message Protocol）。

ICMP是TCP/IP协议族的一个子协议，工作在网络互联层（网络层）。ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。

二、地址解析协议ARP

我们经常会遇到这样的问题，已经知道了一个主机的IP地址，需要找到其对应的物理地址。因为将IP数据报封装到MAC帧里面的时候需要知道目的地址的MAC地址。地址解析协议ARP的作用就是根据主机的IP地址来获得物理地址。

每个主机都设有一个ARP高速缓存（ARP cache），这里面放着的是主机已经知道的IP地址和MAC地址的映射表，并且这个映射表还是经常动态更新的。

1）ARP的工作原理

当主机A想要同本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如果有，就在ARP高速缓存中查找器对于的硬件地址，再把这个硬件地址写入MAC帧里，然后通过局域网把MAC帧发往此硬件地址。也有可能在ARP高速缓存中查不到主机B的IP地址（主机A缓存为空，或主机B刚加入局域网），这样也就无法知道主机B的MAC地址，这时候就需要使用到ARP了，按以下步骤来获得主机B的硬件地址。

①主机A的ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，以广播的形式，格式如图a所示。

②在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都受到了这个ARP请求分组。

③主机B在ARP请求分组中发现了自己的IP地址，就向A主机发送ARP响应分组，以单播的形式直接发给A，以如图b所示。同时主机B知道了A的IP地址和MAC地址，就将主机A的IP地址和MAC地址写入ARP高速缓存中。其他主机在对比IP地址之后，发现与自己的IP地址不同，就丢掉分组。

④主机A收到主机B的ARP响应分组之后，这样就知道了主机B的MAC地址，同时把主机B的IP地址和MAC地址写入ARP高速缓存。

上面所描述的情况是在同一局域网下的情景，如果主机A要同不在同一局域网下的主机B进行通信，发送IP数据报。首先主机A将主机B的IP地址同自己的子网掩码进行比对，发现不在同一局域网内，则利用ARP请求分组，根本局域网上的路由器的IP地址来获取路由器的MAC地址，然后将剩下的工作交给路由器去做即可。

2）ARP的四种典型情况

①发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时利用ARP找到目的主机的硬件地址。

②发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时利用ARP找到本网速上的一个路由器的硬件地址，然后把剩下的工作交给路由器去完成。

③发送方是路由器，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时利用ARP找到本网络上的另一个路由器的硬件地址，然后把剩下的工作交个这个路由器去完成。

④发送方是路由器，要把IP数据报发送到本网络上的一个主机。这时利用ARP找到目的主机的硬件地址。

三、ping某个域名的整个过程

ICMP的一个重要应用就是分组网间探测PING（Packe InterNet Groper），用来测试主机之间的连通性。PING使用了ICMP回送请求与回送回答报文。PING是应用层直接使用网络层ICMP的一个例子，没有经过传输层的TCP或UDP。

ping某个域名相对于ping IP地址来说，多了一些步骤，主要用来获取域名对应的IP地址，整个过程如下：

1、主机查找本地系统Hosts文件的DNS缓存，如果存在该域名对应的IP，则获取IP，跳转到第8步；如果不存在，则继续。

2、主机向本网络路由器发起请求，查找路由DNS缓存，如果存在该域名对于的IP，则获取IP，跳转到第8步；如果不存在，则继续。

3、路由器向本地ISP（互联网提供商）的DNS服务器发起请求，查找DNS服务器的缓存，如果存在该域名对应的IP，则跳转到第7步；如果不存在，则继续。

4、本地DNS服务器向根域名服务器发起请求，根域名服务器告诉本地服务器，下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。

5、本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询，顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器，下一步应查询的权限服务器dns.abc.com的IP地址。

6、本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询，权限域名服务器dns.abc.com告诉本地域名服务器，所查询的主机的IP地址。 

7、本地域名服务器最后把查询结果——该域名对应的IP地址告诉给主机。

8、至此，主机知道了该域名的IP地址。

----------------------------------（以上部分主要是根据域名获取对应的IP地址，涉及DNS）-----------------------------------

9、主机通过子网掩码判断该IP地址是本网段还是跨网段，由于本网段比较简单，我们以跨网段进行讲解。

10、主机先查看本地ARP高速缓存，查看表中是否有本网络路由器（网关）的MAC地址，如果有，则获取MAC地址，跳转到第12步；如果没有，则继续。

11、主机使用ARP解析协议获取到本网段路由的MAC地址。

12、至此，主机知道本网络一个路由的MAC地址。

---------------------------------（以上部分主要是获取本网络一个路由的MAC地址，涉及ARP）-----------------------------

13、主机将ICMP报文封装成IP数据报，IP数据报的源地址为主机的IP地址，目的地址是域名对应的IP地址；

14、主机将IP数据报封装成MAC帧，MAC帧的源地址为主机的MAC地址，目的地址是路由器的MAC地址；

12、路由器接收到ICMP报文之后，发现MAC帧的目的地址是自己，IP地址是主机想要访问的IP地址，则将MAC帧的源地址改为自己的MAC地址，目的地址改为本网段另一个路由的MAC地址（也要通过ARP协议获取），转发下去...

13、直到最后一个路由根据ARP协议，找到了主机想要访问的IP地址对应的主机的MAC地址，然后将ICMP报文封装成MAC帧发送给该域名主机。

14、由于ARP协议具有相互学习性，域名主机接收到主机发送的ICMP回送请求报文之后，将向本网络路由发送ICMP回送回答报文，该路由又会转发下去...

15、当主机收到域名主机发送的ICMP回送回答报文之后，这样就表明该主机到域名主机是连通可达的。