1. 概述
如图1所示，交换机Router，SW1，SW2的所有表项为空，Host 1要ping Host 2，即Host 1要给Host 2发送ICMP echo请求，Host 2收到请求之后，发现是请求自己的IP地址，会回复ICMP echo应答报文。
图1 网络拓扑图
Host 1的IP地址为1.1.1.1/24，默认网关为1.1.1.254，MAC地址为ca02.1a14.0000；
Host 2的IP地址为2.2.2.2/24，默认网关为2.2.2.254，MAC地址为ca03.1a14.0000；
Router的fa0/0口的IP地址为1.1.1.254/24，MAC地址为ca06.1b2c.0008；
Router的fa0/1口的IP地址为2.2.2.254/24，MAC地址为ca06.1b2c.0006。
2. 三层转发
2.1 Host 1的ARP请求
Host 1将ICMP echo请求报文，封装到源IP地址为1.1.1.1，目的IP地址为2.2.2.1的IP报文中。然后查询Host1的路由表，将报文准备发送给Host 1的默认网关1.1.1.254。由于Host 1没有其默认网关的MAC地址，因此Host 1会将该报文存到内存，先发送ARP请求。
Host 1将源物硬件址为ca02.1a14.0000，源协议地址为1.1.1.1，目的硬件地址填充00:00:00:00:00:00，目的协议地址为1.1.1.254的ARP请求，封装在源MAC地址为ca02.1a14.0000，目的MAC地址为ffff.ffff.ffff的以太网帧发出，如图2所示。
图2 ARP请求
2.2 SW1学习MAC地址
Sw1收到该帧广播，同时将ca02.1a14.0000与1口关联起来，加入到MAC地址表。
2.3 Router的ARP应答
Router收到这个帧之后，去掉二层封装，查看到ARP请求中的目的协议地址为fa0/0口地址，会发送响应物理地址为ca06.1b2c.0008，响应协议地址为1.1.1.254，目的MAC地址ca02.1a14.0000，目的IP地址1.1.1.1的ARP应答，封装在源MAC地址为ca06.1b2c.0008，目的MAC地址为ca02.1a14.0000的以太网帧中发出，如图3所示。
图3 ARP应答
同时Router也会将物理地址ca02.1a14.0000与IP地址1.1.1.1存入到自己的ARP表中，如图4所示。
图4 Router的ARP表
2.4 SW1学习MAC地址
Sw1收到帧之后，查询MAC地址表，将帧从1口发出，同时将ca06.1b2c.0008地址与2口关联，加入到MAC地址表中。
2.5 ICMP echo请求
Host 1收到Router发送的ARP应答之后，会将物理地址ca06.1b2c.0008与IP地址1.1.1.254存入到自己的ARP表中，如图5所示。
图5 Host 1的ARP表
Host 1会调出ICMP echo请求，封装成源MAC地址为ca02.1a14.0000，目的MAC地址为ca06.1b2c.0008的数据帧，发送给Router，如图6所示。
图6 ICMP echo请求
Router的fa0/0收到该报文，查询路由表，Router会将该报文发送给从fa0/1发送给Host 2。由于Router的fa0/1口没有2.2.2.2的MAC地址，只能先进行ARP请求。
2.6 Router的ARP请求
Router会将源物理地址为ca06.1b2c.0006，源协议地址为2.2.2.254，目的物理地址填充全0，目的IP地址为2.2.2.2的ARP请求，封装在源MAC地址为ca06.1b2c.0006，目的MAC地址为ffff.ffff.ffff的以太网帧从fa0/1口广播出去。
2.7 SW2学习MAC地址
Sw2收到该帧之后会将该帧广播，同时将ca06.1b2c.0006与1口关联，加入到MAC地址表。
2.8 Host 2的ARP应答
Host 2收到ARP请求之后，会将响应MAC地址ca03.1a14.0000，响应IP地址2.2.2.2，目的MAC地址ca06.1b2c.0006，目的IP地址2.2.2.254的ARP应答，封装在源MAC地址为ca03.1a14.0000，目的MAC地址为ca06.1b2c.0006的以太网帧中发出。同时也将物理地址ca06.1b2c.0006与IP地址2.2.2.254关联起来，存入到自己ARP表中。
2.9 SW2学习MAC地址
Sw2收到帧之后，查询MAC地址表，将帧从2发出，同时将ca03.1a14.0000地址与1口关联，加入到MAC地址表中。
Router获到Host 2给他的ARP响应之后，会将物理地址ca06.1b2c.0006与IP地址2.2.2.254关联，并且加入到ARP表中。这时，Router将刚才的ICMP echo报文转发给Host 2。
2.10 ICMP echo应答
Host 2收到由Host 1发送的ICMP echo请求之后，会将ICMPecho应答封装在源IP地为2.2.2.1，目的IP地址为1.1.1.1的IP报文中，发送给Host 1。
Host 1收到Host 2发送的ICMP echo应答，此次ping的过程结束，如图7所示。
图7 ICMP echo应答
3. 相关报文格式
3.1 ARP报文
其中：
硬件类型：描述硬件类型信息，具体解释如下表所示，长度2字节；
类型编号 | 硬件类型 |
1 | 以太网 |
6 | IEEE 802网络 |
12 | 本地网 |
15 | 帧中继 |
16 | ATM |
17 | HDLD |
19 | 异步传输模式 |
20 | 串行线路 |
21 | 同步传输模式 |
协议类型：描述要映射的协议类型，0x0800为IP协议，长度2字节；
硬件地址长度：1字节；
协议地址长度：1字节；
操作：描述ARP操作类型，1为ARP请求，2为ARP应答，长度2字节；
3.2 ICMP echo报文
类型：0x00为回波响应，0x08为回波请求，长度1字节；其中：
代码：0x00，长度1字节；
校验和：2字节；
标识号：在ping请求中随机产生，2字节；
序号：描述请求与应答序列，在之前的基础上+1，1字节。
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