详细Ping过程描述（二、三层转发）

※ 首先要了解

① 源主机在发起通信之前，将自己的IP与目的主机的IP进行比较，如果两者位于同一网段（用网络掩码计算后具有相同的网络号），那么源主机发送arp请求广播报，请求目的主机的mac地址，在收到目的主机的ARP应答后获得对方的物理层（MAC）地址，然后用对方MAC作为报文的目的MAC进行报文发送。位于同一VLAN（网段）中的主机互访时属于这种情况，这时用于互连的交换机作二层交换转发；

② 判断是否网络层转发：报文的目的MAC地址是否为路由接口（网关）的MAC

如下图

当源主机判断目的主机与自己位于不同网段时，它会通过网关（Gateway）来递交报文，即发送ARP请求来获取网关IP地址对应的MAC，在得到网关的ARP应答后，用网关MAC作为报文的目的MAC进行报文发送。

了解了以太帧目的MAC的填写规则之后就可以描述转发过程了

一、拓扑1，及各接口配置如下图：

同网段通信，PCa ping PCb

1，欲发送的以太帧关键部分如下：

目的MAC：未知

源MAC：MACa

目的IP：10.10.10.2

源IP：10.10.10.1

2，根据规则，判断目的PCb的IP地址，发现和自己在同一网段，则直接请求目的主机MAC，此时PCa未知PCb的MAC，便广播ARP请求，请求帧关键部分如下：

以太网首部

ARP字段

目的MAC：广播

源MAC：MACa

标志：

源MAC：MACa

源IP：

10.10.10.1

目的MAC：

0待填充

目的IP：10.10.10.2

3，此时SW1从Fa1/1接收到了此广播，进行MAC以及ARP的学习，FDB（MAC表）上增加一条MAC对应关系如下：

MACa

Fa1/1

4，SW1查表发现没有对应的表项，便在同网段内即向Fa0/1和Fa2/1转发广播包。R1发现请求的ARP不是自己的IP便丢弃；PCb则发现ARP请求目的IP是自己，便准备编辑一个ARP回应报文，同时，将PCa的MAC和IP对应关系保存在自己的ARP缓冲表中。ARP回应报文关键部分：

以太网首部

ARP字段

目的MAC：MACa

源MAC：MACb

标志：

源MAC：MACb

源IP：

10.10.10.2

目的MAC：

MACa

目的IP：10.10.10.1

5，ARP回应报文从SW的Fa2/1接口进入交换机，交换机进行学习，FDB上增加一条

MACb

Fa2/1

6，此时SW1再查表，发现目的MAC可以从Fa1/1到达，便从此端口转发此报文。

7，这时PCa便能收到ARP回应，将PCb的MAC记录在本机ARP缓存中。可以编辑ping报文发送。当SW1接收到目的MAC为MACb的帧时，学习过程便是更新FDB表，查表将报文从Fa2/1转发，PCb便能收到报文。Ping回应的过程也一路查表畅通无阻。

======================================================================

跨网段通信，PCa ping PCc

1，欲发送的以太帧关键部分如下：

目的MAC：未知

源MAC：MACa

目的IP：10.10.20.1

源IP：10.10.10.1

2，根据规则，判断目的PCc的IP地址，发现和自己不在同一网段，于是向网关发送ARP请求。请求帧关键部分如下：（ARP请求的源为自己本身，目的地址为网关）

以太网首部

ARP字段

目的MAC：广播

源MAC：MACa

标志：

源MAC：MACa

源IP：

10.10.10.1

目的MAC：

0待填充

目的IP：10.10.10.100

3，此时SW1从Fa1/1接收到了此广播包，便进行ARP学习，FDB（MAC表）上增加一条MAC对应关系如下：

MACa

Fa1/1

4，SW1查表发现没有对应的表项，便在同网段内即向Fa0/1和Fa2/1转发广播包。PCb发现请求的ARP不是自己的IP便丢弃；R1则发现ARP请求目的是自己Fa0/0接口IP，便编辑一个ARP回应报文：

以太网首部

ARP字段

目的MAC：MACa

源MAC：MAC_R1_0

标志：

源MAC：MAC_R1_0

源IP：

10.10.10.100

目的MAC：

MACa

目的IP：10.10.10.1

5，此时SW1接收到该ARP应答，并进行基于原地址的学习，与目的地址的转发，新增MAC表项：

MAC_R1_0

Fa0/1

6，PCa接收到ARP应答后，就学习到网关的MAC地址，这时，PCa就开始向PCc发送ping报文，源IP、源MAC为自己本身，目的MAC为网关的MAC，目的IP为PCc的IP地址：

目的MAC：MAC_R1_0

源MAC：MACa

目的IP：10.10.20.1

源IP：10.10.10.1

7，SW1接到此报文基于源地址的学习，查找目的MAC，进行转发给R1。

接下来的步骤，和同网段通信大同小异

8，R1接收到该ICMP报文后，R1查找本地路由表，通过最长匹配找到PCc的匹配项，确定出端口为fa1/0，接着进行规则判断，目的IP是否和自己IP处于同一网络，发现PCc的IP和自己接口Fa1/0的IP为同一网段，欲转发ICMP报文，目的MAC为PCc的MAC。

目的MAC：未知PCc

源MAC：MAC_R1_1

目的IP：10.10.20.1

源IP：10.10.10.1

查找ARP表，没有发现端对应的MAC地址，这时，R1发送ARP请求报文，广播请求PCc的MAC地址：

以太网首部

ARP字段

目的MAC：广播

源MAC：MAC_R1_1

标志：

源MAC：MAC_R1_1

源IP：

10.10.20.100

目的MAC：

0待填充

目的IP：10.10.20.1

9，交换机SW2接收到广播包，基于源地址的学习和目的地址的转发

10，PCc收到ARP请求，基于源地址的学习，同时发现请求的IP地址为自己本身，以单播形式做ARP应答

11，SW2接收到ARP应答报文，基于源地址的学习和目的地址的转发

12，R1接收到ARP应答后，获取到PCc的MAC地址，于是，R1将PCcMAC地址填入ping报文中，将ping报文转发给PC3

13，SW2接收到ping报文后基于源地址学习，根据目的MAC转发给PCc

14，PCc接收到ping报文，开始通信。

以上为简单的拓扑的二三层转发过程，省略了ping应答的过程。

下面的拓扑加入了vlan和路由，用表格以序号方式展示ping的过程

二、加入VLAN的网络拓扑

网络说明：

1) 网络中所有二层口都为ACCESS口（包括设备间互联的二层口），其对应VLAN如图中连接所示。

2）L2-1下链A-1端口为0/1，下链B-1端口为0/2；上链L3-1端口为0/23,上链L3-2端口为0/24。

L2-2下链A-2端口为0/1，下链B-2端口为0/2；上链L3-1端口为0/23,上链L3-2端口为0/24。

3) L3-1和L3-2连接L2-1的端口均为0/1，连接L2-2的端口均为0/2。

L3-1和L3-2通过路由口相连，均为0/24口。

L3-1是VLAN3的网关SVI3：192.168.1.100/24，L3-2是VLAN4的网关SVI4：192.168.2.100/24。终端用户PC的IP配置如图所示。

4）方便描述，在L3-1添加静态路由：ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.3.2

在L3-2添加静态路由ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.3.1

A-1 ping通B-2 （以表格形式说明完整ping过程报文）

编号	报文类型	源MAC	目的MAC	tag	源IP/ sender IP	目的IP/ target IP	TTL	发送者
1	ARP请求	MAC_A1	全F	NA	192.168.1.1	192.168.1.100	NA	A1
2	ARP请求	MAC_A1	全F	NA	192.168.1.1	192.168.1.100	NA	L2-1
3	ARP应答	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	MAC_A1	NA	192.168.1.100	192.168.1.1	NA	L3-1
4	ARP应答	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	MAC_A1	NA	192.168.1.100	192.168.1.1	NA	L2-1
5	ICMP请求	MAC_A1	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	NA	192.168.1.1	192.168.2.2	255	A1
6	ICMP请求	MAC_A1	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	NA	192.168.1.1	192.168.2.2	255	L2-1
7	ARP请求	MAC_L3_1_gi0/24（或MAC_L3_1）	全F	NA	192.168.3.1	192.168.3.2	NA	L3-1
8	ARP应答	MAC_L3_2_gi0/24（或MAC_L3_2）	MAC_L3_1_gi0/24（或MAC_L3_1）	NA	192.168.3.2	192.168.3.1	NA	L3-2
9	ICMP请求	MAC_L3_1_gi0/24（或MAC_L3_1）	MAC_L3_2_gi0/24（或MAC_L3_2）	NA	192.168.1.1	192.168.2.2	254	L3-1
10	ARP请求	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	全F	NA	192.168.2.100	192.168.2.2	NA	L3-2
11	ARP请求	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	全F	NA	192.168.2.100	192.168.2.2	NA	L2-2
12	ARP应答	MAC_B2	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	NA	192.168.2.2	192.168.2.100	NA	B2
13	ARP应答	MAC_B2	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	NA	192.168.2.2	192.168.2.100	NA	L2-2
14	ICMP请求	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	MAC_B2	NA	192.168.1.1	192.168.2.2	253	L3-2
15	ICMP请求	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	MAC_B2	NA	192.168.1.1	192.168.2.2	253	L2-2
16	ICMP应答	MAC_B2	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	NA	192.168.2.2	192.168.1.1	255	B2
17	ICMP应答	MAC_B2	MAC_L3_2_SVI4（或MAC_L3_2）	NA	192.168.2.2	192.168.1.1	255	L2-2
18	ICMP应答	MAC_L3_2_gi0/24（或MAC_L3_2）	MAC_L3_1_gi0/24（或MAC_L3_1）	NA	192.168.2.2	192.168.1.1	254	L3-2
19	ICMP应答	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	MAC_A1	NA	192.168.2.2	192.168.1.1	253	L3-1
20	ICMP应答	MAC_L3_1_SVI3（或MAC_L3_1）	MAC_A1	NA	192.168.2.2	192.168.1.1	253	L2-1

可以发现：跨网通信中，ping报文的源、目的IP地址没有变化（对于网络层）；而源、目的MAC的址随着不同设备间转发的过程而变化。

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