掩码配置错误时 ping 测试结果分析

    很多客户和朋友都问过我这样的一个问题：如果掩码配置错误，比如针对 192.168.101.113这个 ip，本来应当配置为 255.255.255.0 的被配置成了 255.255.0.0 或 255.255.255.240，那么我们在 ping 测试网络连通时能不能 ping通，为什么不能又或为什么不能 ping 通勒？

    本文就是通过试验、包分析、总结的方式解决这个疑惑的，如果大家知道为什么，就不用继续看，如果不知道为什么，那么在看下去之前，请确认具备以下知识：

    1、 能识别 3000不同的汉字，简单语法知识具备，会用鼠标
    2、 能敲 a～z 共计 27 个字母，会用金山词霸等翻译工具，语法知识没有也没关系；
    3、 网络子网划分计算（基础即可）、简单的协议知识；

    主机连通原理

      两台主机之间能否进行通讯，关键是看目标主机的 IP 地址是否通源主机在同一网段，在发送通讯包之前，源主机将用目标主机的 IP 地址同本机的子网掩码进行位与操作，在同一网段则能通讯，不在同一网段则无法通讯。

    二、测试内容及工具

    我们将根据上面的基本拓扑图对各主机进行掩码、网关的配置，用 192.168.101.113 主机 ping192.168.101.101 主机，查看不同的结果，设置、测试内容如下：

    在 ping 测试过程中，我们将使用 EtherPeekNX 来进行包的截取，以便对结果进行分析。为什么用 EtherPeekNX？因为我在网吧里面做的测试，机器有还原卡，装 sniffer 会要机器重启，EtherPeekNX 提示要重启，但是不启也是一样用的。而且发现针对不同的地址选择不同的协议来监听：比如可以只监听 A—本机的 ARP广播包，B—本机的 ICMP的包?

    而且我们主要是进行协议分析学习，不是对某个工具的学习。

三、测试过程及结果分析

    1、源和目的都是 24位掩码（正常配置）

    测试拓扑：

    测试过程（由于截图有误，没有截下 ping 192.168.101.101 的结果，大家将就一下，从包分析图中看啦！^_^）

    测试结果（Reply from 192.168.101.101: bytes=32 time<10ms TTL=128）

    测试分析

    由于我们先清除了本机的 arp 缓存，因此在 JF3 向 WORK1 发送 ping 请求包时，发现没有WorK1(192.168.101.101)的主机的 mac 地址，无法完成完整包的封装，因此首先发起一个 ARP请求包，寻找 WORK1 的 mac 地址，当收到目标 IP的回应包后完成 PING 包的封装，向 work1发送了 4 个ping 请求包，并成功的收到 ping 回复。我们可以通过截取的包进行相应的了解：

    <图中 IP包头中的信息将在另外一篇文档中进行说明，此处没有涉及故没有进行相应说明>

    源 192.168.101.113/24 将目标 192.168.101.101/24 的地址进行位与操作：

                        192.168.101.101

                        255.255.255.0

    目标工作站的网段为：192.168.101.0

    同自己所在的网段   ：192.168.101.0在同一网段，因此将包直接发给目标主机，通讯成功！

2、源为 16位掩码，目标为 24位掩码（网段大于实际网段）

    测试拓扑：

    测试过程

    测试结果（Reply from 192.168.101.101: bytes=32 time<10ms TTL=128）

    测试分析

    此处获取的结果和数据包同“源和目的都是 24位掩码”时一样，因此不作详细介绍。

    源 192.168.101.113/16 将目标 192.168.101.101/24 的地址进行位与操作：
                        192.168.101.101
                         255.255.0.0

    目标工作站的网段为：192.168.0.0

    同自己所在的网段   ：192.168.0.0 在同一网段，因此将包直接发给目标主机，通讯成功！

    3、源位 28位掩码_无网关，目标为 24位掩码无网关（网段小于实际网段）

    测试拓扑：

    测试过程

    测试结果（Destination host unreachable）

    此处显示的时目标主机不可达，无可分析的数据包。

测试分析

    源 192.168.101.113/28 将目标 192.168.101.101/24 的地址进行位与操作：

                         192.168.101.101

                        255.255.255.240

    目标工作站的网段为：192.168.101.96  （该主机为该网段的广播地址――本人计算有误）

    同自己所在的网段   ：192.168.101.112    不在同一网段，因此无法将包直接发给目标主机。根据通讯规则，在目标地址不在同一网段时，将把数据包发给网关，但是现在该主机没有配置正确的网关，因此通讯不成功！

    4、源位 28位掩码_有网关，目标位 24位掩码有网关（网段小于实际网段）

    测试拓扑：

    测试过程

    测试结果（Reply from 192.168.0.101: bytes=32 time<10ms TTL=128）

    测试分析

    上图中我不是很明确，arp 的请求包中看到的目标地址怎么会是忽略 192.168.101.101的 mac地址，希望有兄弟能告诉俺一下。

以下部分是论坛中的“lockets”对此疑问的解答，在此表示感谢：

    由于你在接口上配置了 192.168.101.113   255.255.255.240 的接口地址

    当接口物理态和管理态UP以后,产生了一条

    192.168.101.112  255.255.255.240 出接口是 192.168.101.113 的直连路由

    (为了以后说明方便我们叫他 "路由A" )

    当你在 192.168.101.113   上PING  192.168.101.101 的时候

    系统首先根据目的IP查找路由表,根据前缀匹配规则是无法匹配到"路由 A" 的

    (由于: 十进制的112 是"01110000" ,十进制240 是"11110000" ,说明要匹配前4个 BIT "0111"

    但是十进制101是"01100101"  前4个 BIT 是0110)

    所以最终退而求其次的匹配了 0.0.0.0 /0   192.168.101.1 的默认路由

    所以再发送ARP REQUEST 询问  192.168.101.1的 MAC 用来构造帧.

    所以系统不关心192.168.101.101的MAC的原因是由于匹配不到路由.

    补充:

    如果匹配到了路由A,由于该路由没有下一跳信息,那么系统会自动的

    认为IP包的DESTINATION就是下一跳,这种情况下,系统就会发送ARP 来请求

    192.168.101.101 的MAC地址信息了~

    后面的几个包都是 3、4、6 的重复。至此我们可以看到该包的走向：

    Jf3——（ping 请求）――网关—－（ping 请求转发）－—work1——（ping回应）――jf3；

    源 192.168.101.113/28 将目标 192.168.101.101/24 的地址进行位与操作：

                        192.168.101.101
                        255.255.255.240

    目标工作站的网段为：192.168.101.96  （该主机为该网段的广播地址――本人计算有误）同自己所在的网段   ：192.168.101.112    不在同一网段，因此无法将包直接发给目标主机。根据通讯规则，在目标地址不在同一网段时，将把数据包发给网关，同上一个环境不同，这次我们正确的配置勒网关，因此该 ping 请求交给了网关，网关再转发给目标主机，而目标主机判断如下：

    源 192.168.101.101/24 将目标主机 192.168.101.113/28 的地址进行位与操作：
                        192.168.101.101
                        255.255.255.0

    目标工作站的网段为：192.168.101.0

    同自己所在的网段：  192.168.101.0 在同一网段，因此通讯成功！

   5、交换环境下的测试 4（ICMP 重定向）

    此环境下截取的包很有意思，接收到直接由网关发来的 ICMP 重定向的包，不知道具体的数据是什么，估计是告诉本机目标地址的 mac 是多少，是在同一网段可直接通讯，但是本机还是继续将包发到网关。整个测试平台跟测试 4 一样，但是连接的是交换机，不知是不是跟这个有关。

    测试拓扑：

    测试分析

    在此环境中 ping 包的走向：

    Jf3——（ping 请求）――网关—－（ping 请求转发）－—work1——（ping回应）――jf3；
    Jf3——（ping 请求）――网关—－（ICMP 重定向）

    由于用的是一般的交换机，不能做端口镜像，而网关又是 adsl 路由器，无法截取上面的包，故此网关到 work1 的包流向不清除。如果那位兄弟知道的话请告诉俺们，谢谢啦！

    其数据包流向原因同测试 4 一样，在此就不做描述啦。

  四、总结

    通过以上的测试，我们可以得出如下结论：

    两台主机之间能否进行通讯，关键是看目标主机的 IP 地址是否通源主机在同一网段，在发送通讯包之前，源主机将用目标主机的 IP 地址同本机的子网掩码进行位与操作，在同一网段则能通讯，不在同一网段则无法通讯。

    但是如果双方都正确的配置了网关，则通讯正常。

    具体而言就是一旦掩码配置有问题（主要是位数不对的情况），则网段大的一方可以 ping通网段小的，而网段小的无法 ping通网段大的，但是如果网段小的正确的配置了网关，则通讯依然正常。

    至此，本测试结束。本来很简单的事情写了这么多，只是想从原理上知道为什么会有这种结果，如何使用工具进行原理的查找。

    本人也是刚开始学习协议的，在这次测试中有很多地方还有不清楚的地方，写这个东西只是希望大家能一同学习协议和故障检测，不正确的地方请大家指正分享。