主机互 ping 交互过程
本文从一个 ping 命令作为一个起点，详细描述了数据在路由器之间流通的路径，以及 ARP 请求和回复的详细过程，还有数据在网络层、链路层之间封装和传递的过程。
拓扑结构如下
R2(模拟PC1) 发送ping
应用层
应用程序要求使用 ICMP 协议发送一个给 192.168.1.2 类型为 8 的回显请求
网络层
通过向 192.168.1.2 发送一个 ICMPv4 数据报，网络层尝试向远程主机发送一个请求，源 IP 为 192.168.3.2，目标 IP 为 192.168.1.2。其中 ICMP 数据中的类型字段为 8 代表这是一个 ICMPv4 的回显请求。IP 首部的协议为 1 即 ICMP。
路由选择
Pre: 优先级，优先级越高取值越小 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13<R2>dis ip rou
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
Destinations : 5 Routes : 5
Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface
0.0.0.0/0 Static 60 0 RD 192.168.3.1 GigabitEthernet0/0/0
127.0.0.0/8 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
127.0.0.1/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
192.168.3.0/24 Direct 0 0 D 192.168.3.2 GigabitEthernet0/0/0
192.168.3.2/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet0/0/0
TCP/IP 使用需要通信的目的 IP 地址和路由表中每一个路由项的掩码进行按位与运算，如果与运算后的结果，匹配对应路由项的网络地址，则记录下次路由项。当计算完路由表中所有的路由项后。
- 会使用最长匹配路由（掩码中具有最多 1 的路由项）来和此目的 IP 地址进行通信
- 如果存在多个最长匹配路由，那么选择具有最高优先级（值最小）的路由表
- 如果存在多个具有最高优先级的最长匹配路由，那么选择最开始找到的最长匹配路由（如果是其它设备的话，一般会看接入方式，有线>无线>移动信号4G）
在这里它就选择了 0.0.0.0/0 的默认路由，决定了会把该数据包交给 192.168.3.1 帮忙传下去。
ARP
1 | <R2>dis arp |
通过上面的路由选择过程后，确认了该数据包的下一跳为 192.168.3.1 但是在交给链路层包装以太帧之前，会先使用 ARP 用于确定目标 IP 对应的 MAC 地址。
查询 ARP 表后，发现 ARP 表中没有与之相对应的项目，所以就需要发起 ARP 请求。寻找 192.168.3.1 的 MAC 地址。
发送 ARP 请求
ARP 向 192.168.3.0/24 广播 ARP 请求，其中源 MAC 地址和源 IP 地址都是自己对应接口的，目标 IP 就分别是 192.168.3.2，同时目标 MAC 为全 0。
链路层封装该 ARP 数据包时，使用源地址为端口的 MAC 地址，目标地址使用全 1，并将其中的类型字段设置为 0x0806 也就是 ARP 对应的值。
收到 ARP 请求
R1 收到该 ARP 请求后，发现该请求的目标 IP 是自己。它首先会更新自己的 ARP 表，将该请求的源 IP 和源 MAC 地址写入 ARP 表中。这样可以减少一次 ARP 请求，提升效率。
1 | <R1>dis arp |
回复 ARP 请求
R1 收到该 ARP 请求后，发现该请求的目标 IP 是自己，然后就会调换源地址和目标地址，并且将自己的 MAC 地址写入源地址的字段中，发送该 ARP 回复。
链路层封装该 ARP 数据包时，使用源地址为自己的 MAC 地址，目标地址为发送该请求的 MAC 地址。
收到 ARP 回复
1 | <R2>dis arp |
R2 将回复的 MAC 地址写入自己的 ARP 缓存中。
然后 R2 就继续发送引起这次 ARP 请求/应答交换过程的数据报。把数据转发出去的时候，还会将 TTL - 1。
链路层
收到网络层的 ICMP 数据包，将其包装为以太网帧，其中源地址为 R2 的 MAC 地址，目标地址为刚刚通过 ARP 请求得到的 MAC 地址。
R1 转发数据包
路由器收到了由 192.168.3.2 发来 ICMP 数据帧，对其进行解析。
网络层
1 | [Huawei]dis ip rou |
R1 查询自己的路由表，发现目的 IP 192.168.1.2 有匹配的项目，所以该数据包会向 Ethernet0/0/1 发送。
ARP
路由器查询自己的 ARP 表，源 IP 的 MAC 地址已存在与 ARP 表中，因为之前回复它的 ARP 请求的时候，也在自己的 ARP 表中存了一份。
目的 IP 192.168.3.2 的 MAC 不在 ARP 表中，所以和上一次一样也需要经过 ARP 请求/回复获取其 MAC 写入 ARP 表，再继续执行后面操作。
链路层
收到网络层的 ICMP 数据包，将其包装为以太网帧，其中源地址为 R1 的 MAC 地址，目标地址为刚刚通过 ARP 请求得到的 MAC 地址。
PC2 回复ping
收到来自 192.168.3.2 发送的 ICMPv4 请求，而且目标 IP 是自己，所以回复该 ICMP 请求。
网络层
将接收到的数据返回给发送者，调换源 IP 和目的 IP，IGMP 数据中的类型为 0 代表这是一个回复。
发送回复的时候，还是和之前一样，要先查自己的路由表。然后因为路由表中的默认路由匹配了，所以就会将该数据包交给默认网关处理。
ARP
再次通过 ARP 表，找到默认网关 192.168.1.1 的 MAC 地址。
链路层
封装以太网帧的时候，使用目的地址为默认网关的 MAC 地址。
R1 转发数据包
- 查询路由表，发现目的 IP 在路由表中
- 查询 ARP 表，找到目的 IP 的 MAC 地址
- 链路层封装数据帧，发送给 R2
R2 收到应答
收到回复后，将当前时间与应答中的时间相减，也就获得了到达被 ping 主机的 RTT 估计值。
对于 ICMPv4 来说，类型为 0/8 的应答与请求，时间戳为可选的字段。而类型为 14/13 的应答和请求就需要带时间戳，但是现在已经作废不用。
后续
当 PC1 继续发送 ICMP 包的话，他会将序列号 +1，然后继续发送。此时因为 ARP 缓存都已存在，所以不会需要 ARP 请求/回复，链路层会直接调用 ARP 缓存中的 MAC 地址进行发送。