实验三 ARP地址解析协议一实验目的
1 掌握ARP协议的作用和格式；
2 理解IP地址与MAC地址的对应关系；
3 了解ARP命令。
二实验内容
1 学习ARP协议的工作原理；
2 掌握ARP协议的作用和使用方法；
3 理解IP地址与MAC地址的对应关系；
4 学习使用ARP命令。
三实验环境
四实验流程
五实验原理
IP数据包常通过以太网传输，在以太网中是以48位的物理地址传输数据包而不是32位的IP地址。因此当我们知道IP地址不知道MAC地址时，就要用到ARP协议。ARP协议的功能是将网络层的IP地址转换为数据链路层的MAC地址。ARP协议的请求包是以广播方式发送的，网段中的所有主机都会接收到这个包。如果一个主机的IP地址和ARP请求中的目的IP地址相同，该主机会对这个请求数据包作出ARP应答，将其MAC地址发送给请求端。
1 ARP请求或应答的分组格式：
硬件类型（2字节）协议类型（2字节）
物理地址长度协议地址长度操作码（2字节）
发送节点物理地址（6字节）
发送节点协议地址（4字节）
目的节点物理地址（6字节）
目的节点协议地址（4字节）
字段说明：
硬件类型：表示硬件类型，例如：0001表示以太网。
协议类型：表示要映射的协议类型，例如 0x0800表示IP地址。
硬件长度：指明硬件地址长度，单位是字节，MAC是48位，6个字节。06。
协议长度：高层协议地址的长度，对于IP地址，长度是4个字节。04。
操作字段：共有二种操作类型，0001表示ARP请求，0002表示ARP应答。
发送方MAC：6个字节的发送方MAC地址。
发送方IP： 4个字节的发送方IP地址。
目的MAC：6个字节的目的MAC地址。
目的IP： 4个字节的目的IP地址。
2 ARP缓存和ARP命令
为减少广播通信量和提高ARP解析速度，每个主机都有ARP高速缓存，用于存放解析过的MAC和IP的映射关系。ARP缓存表是可以通过命令查询的。在命令提示符下，输入“arp -a”可以查看ARP缓存表中的内容，“arp -d”清除ARP缓存，“arp -s”添加ARP缓存。
3 ARP工作过程
假设网络中的计算机A要和计算机B交换数据，首先计算机A要得到计算机B的IP地址和MAC地址的映射关系，工作过程如下：1）计算机A检查自己的高速缓存中的ARP表，判断ARP表中是否存有计算机B的IP地址与MAC地址的映射关系。如果找到，则完成ARP地址解析；如果没有找到，则转至2）。
2）计算机A广播含有自身IP地址与MAC地址映射关系的请求信息包，请求解析计算机B的IP的地址与MAC地址映射关系。
3）包括计算机B在内的所有计算机接收到计算机A的请求信息，然后将计算机A的IP地址与MAC地址的映射关系存入各自的ARP表中。
4）计算机B发送ARP响应信息，通知自己的IP地址与MAC地址的对应关系。
5）计算机A收到计算机B的响应信息，并将计算机B的IP地址与MAC地址的映射关系存入自己的ARP表中，从而完成计算机B的ARP地址解析。
六实验步骤
步骤1： ARP相关命令简要说明
1）查看本地主机MAC地址
2）查看ARP缓存表
3）添加ARP记录
步骤2：分析ARP协议
1）在本机命令arp -a 可以查看ARP缓存表中的ARP记录，用arp -d 命令删除ARP缓存中的记录。
2）在本机开启数据包分析器进行数据包捕获。
3）用命令ping 172.16.1.253.
4）捕获ARP报文进行分析。
捕获的ARP请求报文如下：
捕获的ARP应答报文如下：
在ARP请求报文的数据帧头中，源物理地址为发送请求的主机物理地址：00-1b-fc-a6-ae-e2，目的物理地址为广播地址ff-ff-ff-ff-ff-ff-ff，协议类型为0806，表示上层协议为ARP协议。
在ARP应答报文中的数据帧头中，源物理地址为发送ARP应答的物理地址，目的物理地址为发送ARP请求的物理地址。
步骤3：同一子网发送ARP请求数据包
1）在命令提示符下运行：C:>arp –d 清空ARP高速缓存。
2）编辑并发送ARP请求报文，如图所示
3）在本地上开启数据包分析器，进行数据包捕获分析，捕获报文如下图所示：
从上图可以看到，当编辑ARP请求报文发送给目的端后，目的端会发送操作码为2的应答报文，通告自己的IP地址与MAC地址对应关系。
4）用命令arp -a可以查看到ARP缓存中的远程主机172.16.1.253的ARP记录，如下图所示。
七思考问题
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题：
1）观察实验过程中捕获网络上的多个ARP请求帧，观察这些帧的以太网目的地址是否相同，分析其原因。
2）观察实验过程中捕获网络上的多个ARP应答帧，观察这些帧的以太网目的地址是否相同，分析其原因。
3）ARP缓存的作用？