1．ARP 协议介绍
ARP 是地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol）的缩写，负责实现从IP 地址到物理地址（如以太网MAC 地址）的映射。在实际通信中，物理网络使用硬件地址进行报文传输。IP报文在封装为数据链路层帧进行传送时，就有必要把 IP地址转换为对应的硬件地址，ARP正是动态地完成这一功能的。
（1）ARP 报文格式
图1 ARP 报文格式
ARP 协议报文是定长的，其格式如图1 所示，报文中每一字段的含义如下：
* 硬件类型：表示物理网络的类型，“0X0001”表示以太网；
* 协议类型：表示网络网络协议类型，“0X0800”表示IP 协议；
* 硬件地址长度：指定源/ 目的站物理地址的长度，单位为字节；
* 协议地址长度：指定源/ 目的站IP 地址的长度，单位为字节；
* 操作：指定该报文的类型，“1”为ARP 请求报文，“2”为ARP 响应报文；
* 源端硬件/IP 地址：由ARP 请求者填充；
* 目的站物理地址：在请求报文中为0，在响应报文中，由由发送响应报文的主机填写接收该报文的目的主机的物理地址；
* 目的站IP 地址：由ARP 请求者填充，指源端想要知道的主机的IP 地址。只有IP 地址等于该IP 地址的主机才向源主机发送相应报文。
（2）ARP 的工作方式
在以太网中，每台使用ARP 协议实现地址解析的主机都在自己的高速缓存中维护着一个 地址映射表，这个ARP表中存放着最近和它通信的同网络中的计算机的 IP 地址和对应的MAC 地址。
注意：不同网络中的IP地址将对应网关。
当两台计算机通信时，源主机首先查看自己的ARP表中是否有目的主机的 IP 地址项，若有则使用对应的MAC 地址直接向目的主机发送信息；否则就向网络中广播一个ARP请求报文，当网络中的主机收到该ARP请求报文时，首先查看报文中的目的IP 地址是否与自己的IP 地址相符，若相符则将请求报文中的源IP 地址和MAC 地址写入自己的ARP表中；然后，创建一个ARP响应报文，将自己的MAC 地址填入该响应报文中，发送给原主机。
注意：ARP响应报文不再广播，而是直接发送给请求者。
源主机收到响应报文后，取出目的IP 地址和 MAC 地址加入到自己的 ARP 表中，并利用获得的目的MAC 地址向目的端主机发送信息。
在实际中，为了节省内存空间和ARP 表的查询时间，若某一个ARP 地址项很久没有使用，则会从地址映射表中删除。
2．Arp 命令简介
本次实验使用的Windows自带的Arp命令提供了显示和修改地址解析协议所使用的地址映射表的功能。
Arp 命令的格式要求如下：
ARP -s inet_addr eth_addr [if_addr]
ARP -d inet_addr [if_addr]
ARP -a [inet_addr] [-N if_addr]
其中：
* -s：在ARP 缓存中添加表项：将 IP地址 inet_addr 和物理地址ether_addr关联，物理地址由以连字符分隔的6个十六进制数给定，使用点分十进制标记指定IP地址，添加项是永久性的；
* -d：删除由inet_addr指定的表项；
* -a：显示当前ARP表，如果指定了inet_addr则只显示指定计算机的IP和物理地址；
* inet_addr：以点分十进制标记指定IP地址；
* -N：显示由if_addr指定的ARP表项；
* if_addr：指定需要选择或修改其地址映射表接口的IP地址；
* ether_addr：指定物理地址；
3．实验环境与说明
（1）实验目的
分析ARP 协议的报文格式，理解ARP 协议的解析过程。
（2）实验设备和连接
实验设备和连接图如图2所示，一台S2126G交换机连接了2台PC机，分别命名为PC1、PC2，交换机命名为Switch。
图2 ARP 协议分析实验连接图
4．实验步骤
步骤1：按照如图2所示连接好设备，配置PC1和PC2的IP地址；
步骤2：在： PC1、PC2两台计算机上执行如下命令，清除ARP缓存： ARP –d
步骤3：在PC1、PC2两台计算机上执行如下命令，查看高速缓存中的ARP地址映射表的内容： ARP –a
步骤 4：在PC1和PC2上运行 Wireshark 截获报文
步骤5：在主机PC1上执行Ping命令向PC2发送数据报；
步骤6：执行完毕，保存截获的报文并命名为arp-1；
步骤7：在PC1、PC2两台计算机上再次执行ARP–a命令，查看高速缓存中的ARP 地址映射表的内容：
1）这次看到的内容和步骤3 的内容相同吗？结合两次看到的结果，理解ARP 高速缓存的作用。
不同，ARP高速缓存里边保存了之前进行ARP会话时返回的ARP应答中的IP地址和MAC地址对应列表。一般一条记录保存20分钟左右。目的是：下次再要访问ARP高速缓存中的IP地址的主机时，不需要再次发送ARP请求去获取MAC地址。直接从高速缓存中读取就可以了。可以有效缓解链路的压力。
2）把这次看到到的高速缓存中的ARP 地址映射表写出来。
步骤8：重复步骤：4—5，将此结果保存为arp-2；
步骤9：打开arp-1，完成以下各题：
1）在截获的报文中由几个ARP报文？在以太帧中，ARP协议类型的代码值是什么？
有两类ARP报文，ARP协议类型的代码值是0x0800
2）打开arp-2，比较两次截获的报文有何区别？分析其原因。
不需要在进行广播ARP了，因为第一次连接时已经广播过了，已经有了记录。
3）分析arp-1中ARP报文的结构，完成表1。
表1 ARP 报文分析
| ARP 请求报文 | ARP 应答报文 | ||
| 字段 | 报文信息及参数 | 字段 | 报文信息及参数 |
| 硬件类型 | 0x0001 | 硬件类型 | 0x0001 |
| 协议类型 | 0x0800 | 协议类型 | 0x0800 |
| 硬件地址长度 | 6 | 硬件地址长度 | 6 |
| 协议地址长度 | 4 | 协议地址长度 | 4 |
| 操作 | Request（0x0001） | 操作 | Reply（0x0002） |
| 源站物理地址 | 48：0f:cf:37:a7:90 | 源站物理地址 | 48：0f:cf:37:a2:6d |
| 源站IP 地址 | 172.27.63.32 | 源站IP 地址 | 172.27.63.33 |
| 目的站物理地址 | 00:00:00_00:00:00 | 目的站物理地址 | 48:0f:cf:37:a2:6d |
| 目的站IP 地址 | 172.27.63.33 | 目的站IP 地址 | 172.27.63.60 |
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