实验7-ARP地址解析的应用(参考答案)

1、实验 7-ARP 地址解析的应用 （ 参 考答案）实验 7 ARP 地址解析一、实验目的1. 理解地址解析协议 ARP 的概念、工作过 程及用途；2. 理解 IP 地址和 MAC 地址的区别；3. 掌握 ARP 命令的使用。二、实验要求1. 设备要求：计算机若干台（装有 Windows 2000/XP/2003 操作系统、装有网卡且联网）2. 每组 2 人，合作完成。三、实验预备知识1.IP 地址与物理地址在学习 IP 地址时，很重要的一点就是要分 清一个主机的 IP 地址与物理地址的区别。物理 地址就是在单个物理网络内部对一台计算机进 行寻址时所使用的地址。 在局域网中， 由于物理 地址已固

2、化在网卡的 ROM 中，因此常常将物理 地址称为硬件地址或 MAC 地址，而有一些网络 并不是物理地址就是 MAC 地址，比如 X.25 网 络。在互联网中， IP 地址能够屏蔽各个物理网 络地址的差异， 为上层用户提供 “统一”的地址形 式，而且这种 “统一 ”是通过在物理网络上覆盖一 层 IP 软件实现的， 并不对物理地址做任何修改。 高层软件通过 IP 地址来指定源地址和目的地 址，而低层的物理网络通过物理地址发送和接收 信息。在数据的封装过程中，网络层将 IP 地址 放入 IP 数据报（ IP 协议使用的数据单元）的首 部，而数据链路层将物理地址放在 MAC 帧（数 据链路层的数据单元

3、） 的首部。IP 数据报与 MAC 帧的关联如 图 1 所示。图 1 IP 地址与物理地址的区别假如一个网络上的两台主机 A 和 B，它们 的 IP 地址分别是 IA和 I B ，物理地址为 MA和MB。在 主机 A 需要将信息传送到主机 B 时，使用 IA和 IB作为源地址和目的地址。 但是，信息最终的传递 必须利用下层的物理地址 MA和 M B实现。那么，主 机 A 怎么将主机 B 的 IP 地址 I B映射到它的物理 地址 M B上呢？将 IP 地址映射到物理地址的实现方法有多 种，例如静态表格、直接映射等，每种网络都可 以根据自身的特点选择适合于自己的映射方法。 地址解析协议（Addr

4、ess Resolution Protocol, ARP ）是以太网经常使用的映射方法， 它充分利 用了以太网的广播能力，将 IP 地址与物理地址 进行动态绑定（ Dynamic Binding ）。2.地址解析协议的基本思想 以太网一个很大的特点就是具有强大的广 播能力。 针对这种具备广播能力、 物理地址长但 长度固定的网络， IP 互联网采用动态绑定方式 进行 IP 地址到物理地址的映射，并制定了相应 的协议 地址解析协议（ ARP）。假定在一个以太网中， 主机 A 欲获得主机 B 的 IP 地址（ IB）与 MAC 地址（ M B ）的映射关系， 如 图 2 所示，相应的 ARP 协议工

5、作过程为：（1）主机 A 广播发送一个带有 IB 的请求信息包，请求主机 B 用它的 IP 地址 IB和 MAC 地址 M B的映射关系进行响应；（2）于是，以太网上的所有主机接收到这 个请求信息（包括主机 B 在内）；（3）主机 B 识别该请求信息，并向主机 A 发送带有自己的 IP 地址 IB和 MAC 地址 MB映射关 系的响应信息包；（4）主机 A 得到 IB与MB 的映射关系，并可 以在随后的发送过程中使用该映射关系。图 2 ARP 协议的基本思想3. ARP 的工作过程由于 IP 地址有 32 位，而物理地址有 48 位， 因此，它们之间不是一个简单的映射（转换）关 系。此外，在一

6、个网络上可能经常出现有新的计 算机加入进来， 或撤走一些计算机。 更换计算机 的网卡也会使其物理地址改变。 可见在计算机中 应存放一个从 IP 地址到物理地址的映射表，并 且能够经常动态更新。 ARP 协议很好的解决了这些问题。在每台使用 ARP 的主机中，都保留了一个 专用的高速缓存区（ cache ），用于保存已知的 ARP 表项。 一旦收到 ARP 应答，主机就将获得 的 IP 地址与物理地址的映射关系存入高速 cache 的 ARP 表中。当发送信息时，主机首先 到高速 cache 的 ARP 表中查找相应的映射关 系，若找不到，再利用 ARP 进行地址解析。利 用高速缓存技术，主机不

7、必为每个发送的 IP 数 据报使用 ARP 协议，这样就可以减少网络流量， 提高处理的效率。为了保证主机中 ARP 表的正 确性， ARP 表必须经常更新。为此， ARP 表中 的每一个表项都被分配了一个计时器， 一旦某个 表项超过了计时时限，主机就会自动将它删除， 以保证 ARP 表的有效性。下面举例说明完整的 ARP 工作过程。假设 以太网上有 4 台计算机，分别是计算机 A 、B、 X 和 Y，如图 3 所示。现在，计算机 A 的应用程 序需要和计算机 B 的应用程序交换数据。在计 算机 A 发送信息前，必须首先得到计算机 B 的 IP 地址与 MAC 地址的映射关系。一个完整的 ARP

8、 软件的工作过程如下：图 3 完整的 ARP 工作过程（1）计算机 A 检查自己高速 cache 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，则转至下一步；（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 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 地址的映射关系存人各自的 ARP 表 中；（4）计算机 B 发送 ARP 响应信

9、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。计算机 A 得到计算机 B 的 IP 地址与 MAC 地 址的映射关系后就可以顺利地与计算机 B 通信 了。在整个 ARP 工作期间，不但计算机 A 得到 了计算机 B 的 IP 地址与 MAC 地址的映射关系， 而且计算机 B 、X 和 Y 也都得到了计算机 A 的 IP 地址与 MAC 地址的映射关系。 如果计算机 B 的应用程序需要立刻返回数据给计算机 A 的应

10、用程序，那么，计算机 B 就不必再次执行上面 描述的 ARP 请求过程了。网络互联离不开路由器， 如果一个网络 （如以 太网）利用 ARP 协议进行地址解析，那么，与 这个网络相连的路由器也应该实现 ARP 协议。四 实验内容与步骤本实验指导可在实验室网络中完成。1. 查看 cache 中的 ARP 表（1）点击“开始” -“运行”，敲入“ cmd ” 然后回车，键入命令“ arp -a ”相关命令，查看 本机的高速 Cache 中的 ARP 表项。记录实验结果，并完成下表（此表可增行） ：Internet AddressPhysicalAddressType根据实际情 况填写根据实际情况填

11、写根据 实际 情况 填写（2）将同组成员的 IP 地址与 MAC 地址的 映射关系加入到 ARP 表中。因为主机在向一个 站点发送信息之前必须得到目的站点 IP 地址与 MAC 地址的映射关系，因此，可以利用 ping 命令向一个站点发送信息的方法， 将这个站点 IP 地址与 MAC 地址的映射关系加入到 ARP 表中； 如欲加入 172.16.28.7 与其 MAC 地址的对应关 系，可使用“ ping 172.16.28.7 ”，如图 4 所示。图 4 使用 ping 动态加入 ARP 表项2. 添加静态表项（1）在命令行窗口（ cmd 窗口）用“arp s 命令将同组成员的 IP 与其

12、MAC 地址的对应关 系加入到 ARP 表中，然后用 ARP 相关命令查 看是否添加成功。请添加一个静态 ARP 表项， 记录下表。（以下为示例，地址以实际实验情况 为准）添加 命令arp -s 157.55.85.21200-aa-00-62-c6-09查看 命令arp -a查看 结果Internet AddressPhysicalAddress Type157.55.85.21200-aa-00-62-c6-09 static（2）与用“ ping 命令”添加的 ARP 表项 进行比较，说明它们之间的异同。比较结果与结论使用 ping 命令添加的表项是动态（ dynamic ）的。 使用命

13、令 arp s 添加的是静态 （ static ）的。3. 删除 ARP 表项使用“ arp -d”命令将 ARP 表中的所有表 项删除，并记录此过程。截图显示删除成功，类似于下图所示。4. 协议分析（1）在“cmd”命令行窗口中， 使用“ arp 相关命令清除系统缓存中的目的主机 IP 的 arp 表项，若该表项不存在，可不清除。请记录操作 步骤：查看 arp 表项清除相关表项arp -aarp -d（ 2 ） 启 动 Ethereal （ Wireshark ） 的 “ Capture ”“Start”，使 Wireshark 捕获数 据包。此时，在“cmd”命令行窗口中， 完成“ping

14、 目的主机 IP ”的命令。（3）停止 Ethereal （Wireshark ）的数据捕 获，获得相关数据并显示在主界面。（4）使用显示过滤器 Filter ，在 Filter 中输 入“ arp ”，只显示 ARP 协议的相关数据包，完 成如下分析：解答：这里要捕捉 arp 数据包， 类似于下图 所示。（已捕获的 arp 数据包示意图）问题回答源主机使用什么方法寻找目通过发送广播包来寻找的主机？目的主机如何 将其 MAC 地 址传送给源主 机？通过发送单播包来传送目的主机的 MAC 地 址 是 多少？根据实际情况填写， 比如 上图中为： 00：0c:29:3e:46:1c分析 ARP 请

15、求 包 和 ARP 应答包的大小 分别是多少字 节（ Bytes）？请求包和应答包都是 42 字节（包括 14 字节的以 太网帧头，28 字节的 ARP 协议内容两部分），4 个字 节的帧校验字段 （协议分 析软件没有捕获） 。根据 以太网最短帧必须达到 64字节的要求，需要填充 一定数量的无效字符。查看 ARP 分 组的填充字符示例中填充的字体部分示意图：是什么？长度是多少？0，长度为 18 字节五 练习与思考1.完成下列选择题。（1）RARP 协议用于（）。（2006.5 网络管理员试题）A. 根据 IP 地址查询对应的 MAC 地址B. IP 协议运行中的差错控制C. 把 MAC 地址转

16、换成对应的 IP 地址D. 根据交换的路由信息（2）在通常情况下，下列说法是错误的是 （）A. 高速缓冲区中的 ARP 表是由人工建立的B. 高速缓冲区中的 ARP 表是由主机自动建 立的C. 高速缓冲区中的 ARP 表是动态的D.高速缓冲区中的ARP 表保存了主机 IP 地址与物理地址的映射关系（3）下列情况中需要启动 ARP 请求的是 （）A. 主机需要接受信息，但 ARP 表中没有源 IP 地址与 MAC 地址的映射关系B. 主机需要接受信息，但 ARP 表中已具有 源 IP 地址与 MAC 地址的映射关系C. 主机需要发送信息，但 ARP 表中没有目 的 IP 地址与 MAC 地址的映

17、射关系D. 主机需要发送信息，但 ARP 表中已具有 目的 IP 地址与 MAC 地址的映射关系2.思考与讨论题（1）有人将 ARP 列入网络接口层， 即认为 ARP 不在 IP 层，这样对吗？答：错，因为 ARP 是将 IP 地址映射到物理 地址，而 IP 地址是 IP 层的概念。（ 2）假定在一个局域网中计算机 A 发送 ARP 请求分组， 希望找出计算机 B 的硬件地址。 这时局域网上的所有计算机都能收到这个广播 发送的 ARP 请求分组。试问这时由哪一个计算机使用 ARP 响应分组将计算机 B 的硬件地址告 诉计算机 A ？答：由 IP 地址为需要查找的那个地址的那 台主机响应，即 B

18、 响应。（ 3）一个主机要向另一个主机发送 IP 数据 报。是否使用 ARP 就可以得到该目的主机的硬 件地址，然后直接用这个硬件地址将 IP 数据报 发送给目的主机？答：不一定。如果该主机在同一局域网内， 则可以得到这台主机的硬件地址。 如果该主机不 在同一局域网内，则需要通过路由器进行转发。 这样得到的是路由器接口的地址。（4）为了验证 ARP 协议的工作过程， 请设 计并实现以下实验： 假设一台计算机广播了一个 ARP 请求 之后，收到两个应答， 第一个应答表明硬件地址 是 H1，第二个应答声明硬件地址是 H2 ，那么 ARP 软件首先从第一个应答中取出 H1 与 IP 的 绑定信息， 放入高速缓存中， 然后从第二个应答 中取出 H2 与 IP 地绑定信息后，检测高速缓存 中已存在发送方 IP 的地址绑定信息，这时会以 H2 与 IP 的绑定信息替代高速缓存中已有的 H1 与 IP 的绑定。请设计实验验证 ARP 以上的工作， 并描述实验方法与实验过程。解答： 实验设计可以通过修改 MAC 地址来完成。步骤如下：第一步，先清空两台主机 A 与 B 的 arp 表。 第二步， 在 A 上 ping B 的 IP 地址，以获取 B 的 MAC 地址。第三步，在 B 上通过控制面板， 找到网卡设 备，在其属性上修改物理地址。第四步，在 A 上再 ping B 的 IP 地址，以重