阿里妹导读：本文是一个理论过度到实践的典型案例，借助程序员经常遇到的一个问题——网络为什么不通，来具体说明怎么将书本上的死知识真正变成我们解决问题的能力。
大学学到的基本概念
我相信你脑子里关于网络基础知识的概念都在下面这张图中。知识内容有点乱，感觉都认识，又都模模糊糊，更谈不上将内容转化成生产力或是用来解决实际问题了。这是因为知识没有贯通、没有实践、没有组织。
上图中知识点的作用在RFC1180[1]中讲得无比通俗易懂了。看第一遍的时候也许你就看懂了，但是一个月后又忘记了。其实这些东西我们在大学也学过，但还是忘了（能够理解，缺少实操环境和条件），或者碰到问题才发现之前看懂了的东西其实没懂。
所以接下来我们将示范书本知识到实践的贯通过程，希望把网络概念之间的联系通过实践来组织起来
还是从一个问题入手
最近的环境碰到一个网络ping不通的问题，当时的网络链路是（大概是这样，略有简化）：
现象
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从容器1 ping 物理机2 不通；
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从物理机1上的容器2 ping物理机2 通；
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同时发现即使是通的，有的容器 ping物理机1只需要0.1ms，有的容器需要200ms以上（都在同一个物理机上），不合理；
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所有容器 ping 其它外网IP（比如百度）反而是通的。
这个问题扯了一周才解决是因为容器的网络是我们自己配置的，交换机我们没有权限接触，由客户配置。出问题的时候都会觉得自己没问题对方有问题，另外就是对网络基本知识认识不够，所以都觉得自己没问题而不去找证据。
这个问题的答案在大家看完本文的基础知识后会总结出来。
解决这个问题前大家先想想，假如有个面试题是：输入 ping IP 后敲回车，然后发生了什么？
复习一下大学课本中的知识点
要解决一个问题你首先要有基础知识，在知识欠缺的情况下就算逻辑再好、思路再清晰、智商再高，也不一定有效。
route 路由表
假如你在这台机器上ping 172.17.0.2 ，根据上面这个IP符合下面这条路由：
这条路由规则，那么ping 包会从docker0这张网卡发出去。
但是如果是ping 1.1.4.4 根据路由规则就应该走eth0这张网卡而不是docker0了。接下来就要判断目标IP是否在同一个子网了。
arp协议
网络包在物理层传输的时候依赖的mac 地址而不是上面的IP地址，也就是根据mac地址来决定把包发到哪里去。
arp协议就是查询某个IP地址的mac地址是多少，由于这种对应关系一般不太变化，所以每个os都有一份arp缓存（一般15分钟过期），也可以手工清理，下面是arp缓存的内容：
进入正题，回车后发生什么？
有了上面的基础知识打底，我们来思考一下 ping IP 到底发生了什么。
首先 OS 的协议栈需要把ping命令封成一个icmp包，要填上包头（包括src-IP、mac地址），那么OS先根据目标IP和本机的route规则计算使用哪个interface(网卡），确定了路由也就基本上知道发送包的src-ip和src-mac了。每条路由规则基本都包含目标IP范围、网关、MAC地址、网卡这样几个基本元素。
如果目标IP和本机使用的IP在同一子网
如果目标IP和本机IP是同一个子网（根据本机ifconfig上的每个网卡的netmask来判断是否是同一个子网——知识点：子网掩码的作用），并且本机arp缓存没有这条IP对应的mac记录，那么给整个子网的所有机器广播发送一个 arp查询，比如我ping 1.1.3.42，然后tcpdump抓包首先看到的是一个arp请求：
上面就是本机发送广播消息，1.1.3.42的mac地址是多少？很快1.1.3.42回复了自己的mac地址。 收到这个回复后，先缓存起来，下个ping包就不需要再次发arp广播了。 然后将这个mac地址填写到ping包的包头的目标Mac（icmp包），然后发出这个icmp request包，按照mac地址，正确到达目标机器，然后对方正确回复icmp reply（对方回复也要查路由规则，arp查发送方的mac，这样回包才能正确路由回来，略过）。
来看一次完整的ping 1.1.3.43，tcpdump抓包结果：
我换了个IP地址，接着再ping同一个IP地址，arp有缓存了就看不到arp广播查询过程了。
如果目标IP不是同一个子网
arp只是同一子网广播查询，如果目标IP不是同一子网的话就要经过本IP网关进行转发(知识点：网关的作用)。如果本机没有缓存网关mac（一般肯定缓存了），那么先发送一次arp查询网关的mac，然后流程跟上面一样，只是这个icmp包发到网关上去了（mac地址填写的是网关的mac）。
从本机1.1.3.33 ping 11.239.161.60的过程，因为不是同一子网按照路由规则匹配，根据route表应该走1.1.15.254这个网关，如下截图：
首先是目标IP 11.239.161.60 符合最上面红框中的路由规则，又不是同一子网，所以查找路由规则中的网关1.1.15.254的Mac地址，arp cache中有，于是将 0c:da:41:6e:23:00 填入包头，那么这个icmp request包就发到1.1.15.254上了，虽然包头的mac是 0c:da:41:6e:23:00，但是IP还是 11.239.161.60。
看看目标IP 11.239.161.60 真正的mac信息（跟ping包包头的Mac是不同的）：
这个包根据Mac地址路由到了网关上。
网关接下来怎么办？
为了简化问题，假设两个网关直连
网关收到这个包后（因为mac地址是它的），打开一看IP地址是 11.239.161.60，不是自己的，于是继续查自己的route和arp缓存，发现11.239.161.60这个IP的网关是11.239.163.247，于是把包的目的mac地址改成11.239.163.247的mac继续发出去。
11.239.163.247这个网关收到包后，一看 11.239.161.60是自己同一子网的IP，于是该arp广播找mac就广播，cache有就拿cache的，然后这个包才最终到达目的11.239.161.60上。
整个过程中目标mac地址每一跳都在变，IP地址不变，每经过一次MAC变化可以简单理解成一跳。
实际上可能要经过多个网关多次跳跃才能真正到达目标机器。