实验二地址转换协议讲解.docx
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实验二地址转换协议讲解
计算机网络原理实验报告
2015/2016
（1）
实验题目地址转换协议
学生姓名傅攀、陈泽川、陆佳峰
学生班级计算机+自动化1402
任课教师杨旭华
提交日期2015年11月
计算机科学与技术学
【实验目的】
1.掌握ARP协议的报文格式
2.掌握ARP协议的工作原理
3.理解ARP高速缓存的作用
【实验环境配置】
A、B、C、D、E、F主机按下图配置IP地址
图1主机与IP地址
【实验原理】
一、使用IP协议的以太网中ARP报文格式
硬件类型（值为1）
协议类型（值为0800H）
硬件长度（值为6）
协议长度（值为4）
操作：
请求1，响应2
发送MAC地址（6字节）
发送IP地址（4字节）
目标端MAC地址（6字节）（并未包含在请求报文中）
目标端IP地址（4字节）
字段说明：
硬件类型：
表示硬件类型，例如：
1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，长度是6个字节。
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。
操作字段：
共有二种操作类型，1表示ARP请求，2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。
二、ARP地址解析过程
图2ARP地址解析过程
【实验步骤】
主机B启动静态路由服务（方法：
在命令行方式下，输入“staticroute_config”）。
按照拓扑结构图连接网络，使用拓扑验证检查连接的正确性。
练习一：
领略真实的ARP（同一子网）
1.主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“arp-a”命令，察看ARP高速缓存表，并回答以下问题：
∙ARP高速缓存表由哪几项组成？
答：
ARP高速缓存表由Internet地址（InternetAddress）、物理地址（PhysicalAddress）、类型（Type）组成。
2.主机A、B、C、D启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP、ICMP）。
3.主机A、B、C、D在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。
4.主机Aping主机D（172.16.1.4）。
5.主机A、B、C、D停止捕获数据，并立即在命令行下运行“arp-a”命令察看ARP高速缓存。
∙结合协议分析器上采集到的ARP报文和ARP高速缓存表中新增加的条目，简述ARP协议的报文交互过程以及ARP高速缓存表的更新过程。
实验结果与分析：
（一）协议分析器上采集到的ARP报文
①ARP请求
源地址
00E04C-614C32
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.1.4告诉172.16.1.2
帧长:
60字节
时间:
08:
21:
26.7020650
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=00E04C-614C32
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=00E04C-614C32
发送端逻辑地址=172.16.1.2
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.1.4
②ARP应答
源地址
ECA86B-C444C6
目标地址
00E04C-614C32
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.1.4在ECA86B-C444C6
帧长:
60字节
时间:
08:
21:
26.7022310
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=00E04C-614C32
源MAC地址=ECA86B-C444C6
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=ECA86B-C444C6
发送端逻辑地址=172.16.1.4
目的端硬件地址=00E04C-614C32
目的端逻辑地址=172.16.1.2
（二）ARP高速缓存表中新增加的条目
InternetAddressPhysicalAddressType
172.16.1.4ec-a8-6b-c4-44-c6dynamic
图3A主机ARP高速缓存表中新增条目
答：
ARP协议的报文交互过程以及ARP高速缓存表的更新过程：
1）A主机运行ARP进程在本局域网内广播发送一个ARP请求分组，ARP请求分组主要内容：
“谁是172.16.1.4告诉172.16.1.2，我的硬件地址是00E04C-614C32。
”
2）在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。
3）D主机的IP地址与ARP请求分组中要查询的IP地址一致，就收下了这个ARP请求，并向主机A发送ARP响应分组，并将这个ARP响应分组中写入自己的硬件地址。
由于其与的所有主机的IP地址都与ARP请求分组中要查询的不一样，因此不理睬这个请求。
ARP主要响应内容：
“172.16.1.4在ECA86B-C444C6”。
4）主机A收到D的响应分组后，在其ARP高速缓存红写入主机D的IP得知到硬件地址的映射。
而D主机在收到A的ARP请求时就把A的地址映射写到自己的ARP高速缓存中。
练习二：
编辑并发送ARP报文（同一子网）
1.在主机E上启动仿真编辑器，并编辑一个ARP请求报文。
其中:
MAC层：
“目的MAC地址”设置为FFFFFF-FFFFFF，
“源MAC地址”设置为主机E的MAC地址。
协议类型或数据长度：
0806。
ARP层：
“发送端MAC地址”设置为主机E的MAC地址，
“发送端IP地址”设置为主机E的IP地址（172.16.0.2），
“目的端MAC地址”设置为000000-000000，
“目的端IP地址”设置为主机F的IP地址（172.16.0.3）。
2.主机B、F启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP协议）。
3.主机E、B、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。
4.主机E发送已编辑好的ARP报文。
5.主机E立即在命令行下运行“arp-a”命令察看ARP高速缓存。
6.主机B、F停止捕获数据，分析捕获到的数据，进一步体会ARP报文交互过程。
实验结果与分析：
（一）E主机ARP高速缓存新增条目
InternetAddressPhysicalAddressType
172.16.0.3ec-a8-6b-c4-46-92dynamic
图4E主机ARP高速缓存表中新增条目
（二）B主机捕获的报文
①ARP请求
源地址
ECA86B-C4472F
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.0.3告诉172.16.0.2
帧长:
60字节
时间:
08:
57:
24.8414430
时间间隔:
6.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=ECA86B-C4472F
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=ECA86B-C4472F
发送端逻辑地址=172.16.0.2
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.0.3
（三）F主机捕获的报文
ARP请求
源地址
060708-090A0B
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.0.3告诉172.16.0.2
帧长:
60字节
时间:
08:
57:
08.8074810
时间间隔:
2.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=060708-090A0B
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=060708-090A0B
发送端逻辑地址=172.16.0.2
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.0.3
②ARP应答
源地址
ECA86B-C44692
目标地址
060708-090A0B
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.0.3在ECA86B-C44692
帧长:
42字节
时间:
08:
57:
08.8074930
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=060708-090A0B
源MAC地址=ECA86B-C44692
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=ECA86B-C44692
发送端逻辑地址=172.16.0.3
目的端硬件地址=060708-090A0B
目的端逻辑地址=172.16.0.2
结果分析：
由于ARP请求分组是广播发送的，所以MAC层“目的MAC地址”设置为FFFFFF-FFFFFF（全1地址）。
而应答报文的目标地址确唯一。
在B主机只捕获了E主机的ARP请求，因为ARP请求分组是广播发送的，但是ARP响应分组是普通的单播，从一个源地址发送到一个目的地址，所以B主机没有捕获ARP响应。
练习三：
跨路由地址解析（不同子网）
1.主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。
2.主机A、B、C、D、E、F重新启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP、ICMP）。
3.主机Aping主机E（172.16.0.2）。
4.主机A、B、C、D、E、F停止数据捕获，察看协议分析器中采集到的ARP报文，并回答以下问题：
∙单一ARP请求报文是否能够跨越子网进行地址解析？
为什么？
∙ARP地址解析在跨越子网的通信中所起到的作用？
实验结果与分析：
（一）A主机捕获的请求与应答
源地址
00E04C-614C32
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.1.1告诉172.16.1.2
帧长:
42字节
时间:
09:
10:
29.3403700
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=00E04C-614C32
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=00E04C-614C32
发送端逻辑地址=172.16.1.2
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.1.1
源地址
00E04C-C51880
目标地址
00E04C-614C32
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.1.1在00E04C-C51880
帧长:
60字节
时间:
09:
10:
29.3404490
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=00E04C-614C32
源MAC地址=00E04C-C51880
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=00E04C-C51880
发送端逻辑地址=172.16.1.1
目的端硬件地址=00E04C-614C32
目的端逻辑地址=172.16.1.2
（二）B主机捕获的请求与应答
序号:
2
源地址
00E04C-614C32
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.1.1告诉172.16.1.2
帧长:
60字节
时间:
09:
18:
13.1413120
时间间隔:
29.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=00E04C-614C32
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=00E04C-614C32
发送端逻辑地址=172.16.1.2
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.1.1
序号:
3
源地址
00E04C-C51880
目标地址
00E04C-614C32
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.1.1在00E04C-C51880
帧长:
42字节
时间:
09:
18:
13.1413230
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=00E04C-614C32
源MAC地址=00E04C-C51880
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=00E04C-C51880
发送端逻辑地址=172.16.1.1
目的端硬件地址=00E04C-614C32
目的端逻辑地址=172.16.1.2
序号:
5
源地址
002564-9630FF
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.0.2告诉172.16.0.1
帧长:
42字节
时间:
09:
18:
13.1414080
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=002564-9630FF
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=002564-9630FF
发送端逻辑地址=172.16.0.1
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.0.2
序号:
6
源地址
ECA86B-C4472F
目标地址
002564-9630FF
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.0.2在ECA86B-C4472F
帧长:
60字节
时间:
09:
18:
13.1416190
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=002564-9630FF
源MAC地址=ECA86B-C4472F
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=ECA86B-C4472F
发送端逻辑地址=172.16.0.2
目的端硬件地址=002564-9630FF
目的端逻辑地址=172.16.0.1
（三）E主机捕获的请求与应答
序号:
0
源地址
002564-9630FF
目标地址
FFFFFF-FFFFFF
概要描述
ARP（地址解析协议）请求:
谁是172.16.0.2告诉172.16.0.1
帧长:
60字节
时间:
09:
04:
28.1986010
时间间隔:
Ethernet802.3
目的MAC地址=FFFFFF-FFFFFF
源MAC地址=002564-9630FF
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=1（请求）
发送端硬件地址=002564-9630FF
发送端逻辑地址=172.16.0.1
目的端硬件地址=000000-000000
目的端逻辑地址=172.16.0.2
序号:
1
源地址
ECA86B-C4472F
目标地址
002564-9630FF
概要描述
ARP（地址解析协议）应答:
172.16.0.2在ECA86B-C4472F
帧长:
42字节
时间:
09:
04:
28.1986090
时间间隔:
0.0000000
Ethernet802.3
目的MAC地址=002564-9630FF
源MAC地址=ECA86B-C4472F
协议类型或数据长度=0806（ARP协议）
ARP（地址解析协议）
硬件类型=1
协议类型=0800
硬件地址长度=6
协议地址长度=4
操作码=2（应答）
发送端硬件地址=ECA86B-C4472F
发送端逻辑地址=172.16.0.2
目的端硬件地址=002564-9630FF
目的端逻辑地址=172.16.0.1
结果分析：
比较A、B、E主机捕获的报文发现在跨路由地址解析时，由于A主机发现E主机与其不在同一子网，所以A主机把发送的数据转发到网关（172.16.1.1）即B主机，A主机广播ARP请求，B主机响应。
再由B主机向E主机所在子网发送ARP请求，获得E主机的响应。
1）答：
单一的ARP请求报文无法跨越子网进行地址解析，ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题，且ARP请求是广播发送的，广播不能跨越子网。
实验捕获的报文中未发现“谁是172.16.0.2告诉172.16.1.2”的ARP请求。
2）答：
ARP地址解析在跨越子网的通信中解析网关的物理地址。
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