目录

一、实验目的

二、实验要求

三、实验环境

四、实验结果

五、思考题

六、实验心得体会

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一、实验目的

1.掌握ARP协议常用命令;

2.掌握ARP协议的工作过程；

3.掌握IP地址和MAC地址的关系；

二、实验要求

1.掌握ARP协议常用命令;

  见计算机网络实验教材-2.7网络命令

2.掌握ARP协议的工作过程；

(1)学习：视频学习Cisco Packet Tracer中的集线器和交换机的区别

(2)配置一个包括两个网络的互联网（可参照下图1），并将IP地址和MAC地址相应信息进行标记；

(3)网络1中某主机向本网络中某主机发送数据(例如PC5向PC6发送ICMP数据), 要求此时产生ARP请求数据包,查看ARP请求和应答的过程。查看和标记ARP请求包和ARP应答包的源MAC地址和目的MAC地址；查看ICMP数据包的源IP地址和目的IP地址；源MAC地址和目的MAC地址；

(4)网络1中某主机向网络2中某主机发送数据(例如PC5向PC9发送ICMP数据), 要求此时产生ARP请求数据包,查看ARP请求和应答的过程。查看和标记ARP请求包和ARP应答包的源MAC地址和目的MAC地址；查看ICMP数据包的源IP地址和目的IP地址；源MAC地址和目的MAC地址；

图1 两个网络互联的拓扑图

三、实验环境

左侧网络的三个主机的默认网关是：198.168.0.4

右侧网络的两个主机的默认网关是：198.169.0.3

四、实验结果

1.网络1中某主机向本网络中某主机发送数据(例如PC5向PC6发送ICMP数据), 要求此时产生ARP请求数据包,查看ARP请求和应答的过程。查看和标记ARP请求包和ARP应答包的源MAC地址和目的MAC地址；查看ICMP数据包的源IP地址和目的IP地址；源MAC地址和目的MAC地址；

上图是从pc1发出的ARP请求报文。ARP数据包中，源MAC地址为pc1的MAC地址，目的MAC地址为0000.0000.0000.0000，因为此时pc1不知道pc2的MAC地址，源IP与目的IP是双方主机的IP地址。

上图是pc2收到ARP请求报文后，接受与发出报文的格式。在第一张图中，源MAC地址为pc1的MAC地址，目的MAC为0000.0000.0000.0000，因为此时PC2接收的是来自PC1的报文。在第二张图中，源MAC与源IP地址是PC2 的地址，目的地址是PC1 的地址。此时PC2记录了PC1的MAC地址。

如图所示，通过查看pc1发送的ICMP报文、PC2的回复报文和命令查看PC1、PC2的ARP表，pc1已经知道目的MAC地址后发送的ICMP报文，此时PC1已知悉正确的目的MAC地址，同样pc2知悉双方MAC地址。

2.网络1中某主机向网络2中某主机发送数据(例如PC5向PC9发送ICMP数据), 要求此时产生ARP请求数据包,查看ARP请求和应答的过程。查看和标记ARP请求包和ARP应答包的源MAC地址和目的MAC地址；查看ICMP数据包的源IP地址和目的IP地址；源MAC地址和目的MAC地址；

在开始做实验前，我们要先将路由器端口打开，为端口配置相应IP地址（如果使用图形界面配置后无法通信，可以使用命令再配置一遍，例如：ip address 192.168.0.4 255.255.255.0），设置主机的默认路由，不然会通信失败。使用arp -d清空路由表，否则主机不会发送ARP请求。现在使PC0向PC4发送ICMP数据，此时两个主机的ARP表均为空，产生了实验所需的ARP和ICMP数据包。

PC0发送的ARP请求包如图所示，源MAC是PC0的地址，目的MAC未知。

PC4发送的ARP应答包如图所示，源MAC地址是 PC4的地址，目的MAC地址是PC0的地址。PC0收到后两主机即可正常通信。

ICMP请求数据包如图所示，源IP地址是PC0的IP地址，目的IP地址是PC4的IP地址。源MAC地址是PC0的MAC地址，目的MAC地址是路由器端口0的MAC地址。

ICMP请求数据包如图所示，源IP地址是PC0的IP地址，目的IP地址是PC4的IP地址。源MAC地址是PC0的MAC地址，目的MAC地址是路由器端口0的MAC地址。

ICMP应答数据包如图所示，源IP地址是PC4的IP地址，目的IP地址是PC0的IP地址。源MAC地址是PC4的MAC地址，目的MAC地址是路由器端口1的MAC地址。

五、思考题

1. 上述步骤2.掌握ARP协议的工作过程的(4)完成后，哪些PC的缓存中拥有了PC5的IP地址与MAC地址的映射关系？

     PC4

1. 主机使用ARP能查询到其他网段的MAC地址么？为什么？

主机使用ARP（地址解析协议）无法查询到其他网段的MAC地址。这是因为ARP是一种用于将IP地址解析为物理MAC地址的协议，它的工作范围限制在一个局域网（LAN）内。

原因：

局域网限制：

ARP广播请求只能在本地网络内传播。它通过向局域网上的所有主机发送广播包，询问某个特定IP地址对应的MAC地址。这种广播不会被路由器转发到其他网段。

路由器的作用：

当主机需要与不同网段的设备通信时，数据包会首先发送到默认网关（通常是路由器）。路由器通过查找其路由表来决定将数据包发送到哪个下一跳路由器或设备。这个过程中，路由器只关心下一跳的IP地址，而不关心最终目的地的MAC地址。

跨网段通信：

对于跨网段的通信，主机只需要知道默认网关的MAC地址，因为它的数据包将首先发送到默认网关，然后由网关负责将数据包转发到目标网段的设备。目标网段的ARP解析将由目标网段内的设备和路由器来处理。

1. 在上述步骤2.掌握ARP协议的工作过程的(4)中，如果所有设备的ARP表都是空的，则执行 PC5 ping PC9一共出现了几次ARP请求？分别是谁发送的，请求的是谁（哪个IP地址）的MAC地址？

执行 PC0 ping PC4一共出现了2次ARP请求。PC0请求路由器与其接口的MAC地址和PC4请求路由器与其接口的MAC地址。

1. 在上述步骤2.掌握ARP协议的工作过程的(4)中，PC5 ping PC9时，数据传输经过了哪些设备？ICMP数据包的源IP地址和目的IP地址；源MAC地址和目的MAC地址是否发生了变化，如果有变化，发生了怎样的变化？

经过了交换机和路由器设备。

源IP地址和目的IP地址没有发生变化，源IP地址是PC0的IP地址，目的IP地址是PC4的IP地址。

源MAC地址和目的MAC地址发生了变化，在经过路由器之前，源MAC地址是PC0的MAC地址，目的MAC地址是与PC0相连的路由器端口的MAC地址；经过路由器之后，目的MAC地址是PC4的MAC地址，源MAC地址是与PC4相连的路由器端口的MAC地址。

六、实验心得体会

通过本次实验，深入了解了ARP协议在网络通信中的关键作用。

ARP协议的作用和重要性：

ARP协议在局域网中起到了桥梁的作用。它通过精准地将IP地址转换为MAC地址，确保了数据包在网络中的准确传输，从而实现了网络通信的顺畅。这次实验加深了我对ARP协议在网络环境中不可或缺性的理解。

ARP请求与响应的交互细节：

通过直接观察ARP请求和响应数据包，我深入理解了ARP协议的工作原理。当主机需要与目标主机通信时，它首先会查询本地的ARP缓存。如果缓存中没有所需信息，就会广播ARP请求来获取目标主机的MAC地址。目标主机收到请求后，会回复一个ARP响应，告知请求主机其MAC地址。这一交互过程清晰地展示了ARP协议的工作流程。

IP与MAC地址的紧密联系：

在实验中，我特别关注了IP地址和MAC地址的对应关系。通过对比ARP请求和响应包中的源MAC地址和目的MAC地址，我更加明白了它们之间的紧密联系。ARP协议正是通过查询或广播来获取这种对应关系，以确保数据包能够准确无误地发送到目标主机。

跨网络通信的复杂性与策略：

在尝试跨网络通信时，我意识到其中的挑战。在这种情况下，主机需要通过ARP协议获取路由器的MAC地址，以实现数据包的转发。这一过程让我认识到路由器在跨网络通信中的关键作用，并加深了我对网络通信策略的理解。

实验过程中，通过具体的配置和操作，不仅掌握了ARP协议的常用命令，还理解了ARP请求和应答的具体过程，以及IP地址和MAC地址之间的关系。尤其是跨网络的通信，进一步加深了对路由器在数据传输中的角色和作用的理解。总的来说，本次实验提升了对网络协议的实际操作技能和理论知识的结合应用能力。