实验二：ARP协议以及IP地址和MAC地址关系.docx

**ARP协议概述** ARP，即Address Resolution Protocol，是因特网协议栈中的一种重要协议，主要功能是在局域网（LAN）中将IP地址解析为硬件地址，如以太网的MAC地址。ARP协议允许网络设备（如计算机、路由器等）在发送数据前将高层的IP地址转换为低层的物理地址，以便数据能在物理网络中正确传输。 **ARP协议工作过程** ARP协议的基本工作流程包括以下几个步骤： 1. **ARP请求**：当主机需要发送数据到一个只知道IP地址而不知道MAC地址的目标主机时，它会在本地网络上广播一个ARP请求。请求包含目标IP地址。 2. **ARP应答**：目标主机接收到ARP请求后，发现请求的目标IP地址与自己的IP地址匹配，于是回应一个ARP应答，应答中包含了它的MAC地址。 3. **缓存更新**：发送ARP请求的主机收到应答后，会将目标主机的IP地址和MAC地址的映射关系存储到ARP缓存中，供后续通信使用。 **IP地址与MAC地址的关系** 在TCP/IP模型中，IP地址属于网络层，负责网络间的数据包路由；MAC地址则属于数据链路层，用于在同一物理网络中识别设备。两者通过ARP协议关联起来，使得IP层的通信能够在物理网络中实施。 **ARP命令详解** 在Windows系统中，`arp`命令用于管理ARP缓存。常见选项包括： - `-a` 或 `-g`：显示所有接口的ARP缓存表。 - `-d`：删除指定的IP地址项，可以删除全部或指定接口的项。 - `-s`：添加静态ARP条目，将IP地址映射到MAC地址。 - `/?`：显示帮助信息。 **实验过程** 实验通过模拟网络环境，让学生理解和掌握ARP协议的操作。实验包括两个网络的配置，主机之间的通信，以及观察ARP请求和应答数据包的MAC和IP地址。通过实验，学生能了解到： 1. 在同一网络内，主机可以直接通过ARP请求获取其他主机的MAC地址。 2. 不同网络间的通信需要经过网关，ARP不能跨网段查询MAC地址。 3. 数据传输过程中，源和目的MAC地址会随着经过的网络设备（如交换机和路由器）而改变，但IP地址保持不变。 **思考题解答** 1. 在实验中，只有与发送方直接通信的主机（如PC9）会在其ARP缓存中保存发送方（PC5）的IP到MAC地址映射。 2. 由于ARP是局域网内的协议，主机不能直接使用ARP查询其他网段的MAC地址，需要通过路由器进行转发。 3. 在PC5 ping PC9的场景下，如果所有设备的ARP表为空，会发出两次ARP请求：一次是PC5请求路由器的MAC地址，一次是路由器请求PC9的MAC地址。 4. 数据传输经过交换机和路由器，源IP和目的IP不变，但源MAC和目的MAC在路由器处发生了变化，从PC5到路由器端口再到PC9的MAC地址。 **实验感想** 1. IP地址是网络中定位主机的主要方式，端口号用于标识主机上的具体进程。 2. ARP请求是获取目标主机MAC地址的关键步骤，确保数据能准确送达。 3. 路由器的配置对于连接不同网络至关重要，每个接口的IP地址对应其连接的网络。