23.Ping工具开发实践

目录介绍

• 01.ping是什么东西
• 02.ping的基础说明
• 03.ping在Android的应用
• 04.ping工作过程
• 06.ping后返回信息分析
• 07.traceroute使用

01.ping是什么东西

• ping是一个工具
  • Ping是Windows、Unix和Linux系统下的一个命令。ping也属于一个通信协议，是TCP/IP协议的一部分。
  • 利用“ping”命令可以检查网络是否连通，可以很好地帮助我们分析和判定网络故障。
  • Ping发送一个ICMP(Internet Control Messages Protocol）即因特网信报控制协议，回声请求消息给目的地并报告是否收到所希望的ICMP echo （ICMP回声应答），用来检查网络是否通畅或者网络连接速度的命令。广义来说即发送一个数据包，根据返回的数据包得到丢包率及平均时间得出网络的连接状态。
• 问题思考
  • 只有在安装 TCP/IP 协议之后才能使用该命令。否则无法使用
  • 可以理解为校验与远程计算机或本地计算机的连接状态
• ping的作用有哪些
  • 我们可能都会遇到网站打不开，当出现不开的时候，我们也不知道是那里出了问题，不知道是不是解析出了问题还是网站的空间出了问题，这时候我们就可以通过ping来查找问题，看看网站能不能ping的通。

02.ping的基础说明

• ping的用法
  • 例如命令：ping -t www.baidu.com 那么机器会一直ping www.baidu.com直到我们按Ctrl+C键来停止。
    • -l 定义发送数据包的大小，默认为32字节，我们利用它可以最大定义到65500字节。
  • 例如命令：ping -l 100 www.baidu.com，那么本地计算机就会用100字节的数据包去 ping www.baidu.com，系统默认的数据包是32字节，最大的字节数是65，527。
    • -n 定义向目标IP发送数据包的次数。
  • 例如命令：ping -n 10 www.baidu.com，那么本地计算机就会ping www.baidu.com10次，如果不加-n 参数的话，系统默认是ping4次。

03.ping在Android的应用

• 为了检查网络，在android上也可以通过ping来查看是否网络通。
• 实现方案有哪些
  • 通过后台线程执行ping命令的方式模拟traceroute的过程，缺点就是模拟过程较慢，timeout的出现比较频繁
  • 通过编译开源网络检测库iputilsC代码的方式对traceroute进行了套接字发送ICMP报文模拟，可以明显提高检测速度
    • 深入理解iputils网络工具：https://blog.csdn.net/fsdev/category_1212445.html
• 关于代码ping的过程信息
  • 开启一个AsyncTask，在doInBackground方法中开始解析，这个是入口。
  • 添加头部信息，主要包括：开始诊断 + 输出关于应用、机器、网络诊断的基本信息 + 输出本地网络环境信息
  • tcp三次握手操作
    • 开始执行链接，这里有两个重要信息。一个是ip集合，另一个是InetAddress数组，遍历【长度是ip集合length】，然后执行请求
    • 创建socketAddress，有两个参数，一个是ip，一个是端口号80，然后for循环执行socket请求
    • 在执行socket请求的时候，如果有监听到超时SocketTimeoutException异常则记录数据，如果有异常则记录数据
    • 当出现发生timeOut,则尝试加长连接时间，注意连续两次连接超时,停止后续测试。连续两次出现IO异常,停止后续测试
    • 当然只要有一次完整执行成功的流程，那么则记录三次握手操作成功
  • 诊断ping信息, 同步过程。这个主要是直接通过ping命令监测网络
    • 创建一个NetPing对象，设置每次ping发送数据包的个数为4个
    • 然后ping本机ip地址，ping本地网观ip地址，ping本地dns。这个ping的指令是啥？这个主要是用java中的Runtime执行指令……
  • 开始诊断traceRoute
    • 先调用原生jni代码，调用jni c函数执行traceroute过程。如果发生了异常，再调用java代码执行操作……
    • 然后通过ping命令模拟执行traceroute的过程，比如：ping -c 1 -t 1 www.jianshu.com
    • 如果成功获得trace:IP，则再次发送ping命令获取ping的时间

04.ping工作过程

• 假定主机A的IP地址是192.168.1.1，主机B的IP地址是192.168.1.2，都在同一子网内，则当你在主机A上运行“Ping 192.168.1.2”后，都发生了些什么呢?
  • 主机A
    • 首先，Ping命令会构建一个固定格式的ICMP请求数据包，然后由ICMP协议将这个数据包连同地址“192.168.1.2”一起交给IP层协议（和ICMP一样，实际上是一组后台运行的进程）
    • IP层协议将以地址“192.168.1.2”作为目的地址，本机IP地址作为源地址，加上一些其他的控制信息，构建一个IP数据包，并在一个映射表中查找出IP地址192.168.1.2所对应的物理地址（也叫MAC地址，熟悉网卡配置的朋友不会陌生，这是数据链路层协议构建数据链路层的传输单元——帧所必需的），一并交给数据链路层。
    • 后者构建一个数据帧，目的地址是IP层传过来的物理地址，源地址则是本机的物理地址，还要附加上一些控制信息，依据以太网的介质访问规则，将它们传送出去。
  • 主机B
    • 主机B收到这个数据帧后，先检查它的目的地址，并和本机的物理地址对比，如符合，则接收；否则丢弃。
    • 接收后检查该数据帧，将IP数据包从帧中提取出来，交给本机的IP层协议。同样，IP层检查后，将有用的信息提取后交给ICMP协议，后者处理后，马上构建一个ICMP应答包，发送给主机A，其过程和主机A发送ICMP请求包到主机B一模一样。
• 可以参考
  • https://www.cnblogs.com/mgqworks/p/7611314.html

06.ping后返回信息分析

• 1.Request timed out
  • 这是大家经常碰到的提示信息，很多文章中说这是对方机器置了过滤ICMP数据包，从上面工作过程来看，这是不完全正确的，至少有下几种情况。
  • (1) 对方已关机，或者网络上根本没有这个地址：比如在上图中主机A中PING 192.168.0.7 ,或者主机B关机了，在主机A中PING 192.168.0.5 都会得到超时的信息。
  • (2) 对方与自己不在同一网段内，通过路由也无法找到对方，但有时对方确实是存在的，当然不存在也是返回超时的信息。
  • (3) 对方确实存在，但设置了ICMP数据包过滤(比如防火墙设置)。
    • 怎样知道对方是存在，还是不存在呢，可以用带参数 -a 的Ping命令探测对方，如果能得到对方的NETBIOS(网络基本输入输出系统)名称，则说明对方是存在的，是有防火墙设置，如果得不到，多半是对方不存在或关机，或不在同一网段内。
  • (4) 错误设置IP地址
    • 正常情况下，一台主机应该有一个网卡，一个IP地址，或多个网卡，多个IP地址(这些地址一定要处于不同的IP子网)。但如果一台电脑的“拨号网络适配器”(相当于一块软网卡)的TCP/IP设置中，设置了一个与网卡IP地址处于同一子网的IP地址，这样，在IP层协议看来，这台主机就有两个不同的接口处于同一网段内。当从这台主机Ping其他的机器时，会存在这样的问题：
    • A.主机不知道将数据包发到哪个网络接口，因为有两个网络接口都连接在同一网段。
    • B.主机不知道用哪个地址作为数据包的源地址。因此，从这台主机去Ping其他机器，IP层协议会无法处理，超时后，Ping 就会给出一个“超时无应答”的错误信息提示。但从其他主机Ping这台主机时，请求包从特定的网卡来，ICMP只须简单地将目的、源地址互换，并更改一些标志即可，ICMP应答包能顺利发出，其他主机也就能成功Ping通这台机器了。
• 2.Destination host Unreachable
  • (1) 对方与自己不在同一网段内，而自己又未设置默认的路由，比如上例中A机中不设定默认的路由，运行Ping 192.168.0.1.4就会出现“Destination host Unreachable”。
  • (2) 网线出了故障。这里要说明一下“destination host unreachable”和 “time out”的区别，如果所经过的路由器的路由表中具有到达目标的路由，而目标因为其他原因不可到达，这时候会出现“time out”，如果路由表中连到达目标的路由都没有，那就会出现“destination host unreachable”。
• 3.Bad IP address
  • 这个信息表示您可能没有连接到DNS服务器，所以无法解析这个IP地址，也可能是IP地址不存在。
• 4.Source quench received
  • 这个信息比较特殊，它出现的机率很少。它表示对方或中途的服务器繁忙无法回应。
• 5.Unknown host——不知名主机
  • 这种出错信息的意思是，该远程主机的名字不能被域名服务器(DNS)转换成IP地址。故障原因可能是域名服务器有故障，或者其名字不正确，或者网络管理员的系统与远程主机之间的通信线路有故障。
• 6.No answer——无响应
  • 这种故障说明本地系统有一条通向中心主机的路由，但却接收不到它发给该中心主机的任何信息。故障原因可能是下列之一：中心主机没有工作;本地或中心主机网络配置不正确;本地或中心的路由器没有工作;通信线路有故障;中心主机存在路由选择问题。
• 7.Ping 127.0.0.1：127.0.0.1是本地循环地址
  • 如果本地址无法Ping通，则表明本地机TCP/IP协议不能正常工作。
• 8.no rout to host
  • 网卡工作不正常
• 9.transmit failed,error code
  • 10043网卡驱动不正常

07.traceroute使用

• 有一款充分利用 ICMP 差错报文类型的应用叫做 traceroute（在UNIX、MacOS中是这个命令，而在Windows中对等的命令叫做 tracert ）。
• traceroute 的第一个作用就是故意设置特殊的 TTL，来追踪去往目的地时沿途经过的路由器。
• traceroute 的参数指向某个目的 IP 地址：traceroute 192.168.1.100这个作用是如何工作的呢？
• 它的原理就是利用 IP 包的生存期限 从 1 开始按照顺序递增的同时发送 UDP 包，强制接收 ICMP 超时消息的一种方法。
  • 比如，将 TTL 设置 为 1，则遇到第一个路由器，就牺牲了，接着返回 ICMP 差错报文网络包，类型是时间超时。
  • 接下来将 TTL 设置为 2，第一个路由器过了，遇到第二个路由器也牺牲了，也同意返回了 ICMP 差错报文数据包，如此往复，直到到达目的主机。
  • 这样的过程，traceroute 就可以拿到了所有的路由器 IP。当然有的路由器根本就不会返回这个 ICMP，所以对于有的公网地址，是看不到中间经过的路由的。
• 发送方如何知道发出的 UDP 包是否到达了目的主机呢？
  • traceroute 在发送 UDP 包时，会填入一个不可能的端口号值作为 UDP 目标端口号（大于 3000 ）。当目的主机，收到 UDP 包后，会返回 ICMP 差错报文消息，但这个差错报文消息的类型「端口不可达」。
  • 所以，当差错报文类型是端口不可达时，说明发送方发出的 UDP 包到达了目的主机。

参考博客

• http://www.cppcns.com/ruanjian/android/303246.html
• Android基础篇_ping实现
  • https://www.cnblogs.com/mgqworks/p/7611314.html
  • https://blog.csdn.net/baidu_30084597/article/details/79603367
• ping是什么？
  • https://www.jianshu.com/p/d45540c86d2c
• 博客：https://mp.weixin.qq.com/s/55bbQX2-SUNe6PEI9My5fA