ARP协议及PDU格式分析.docx
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ARP协议及PDU格式分析
实验报告
（2015/2016学年第1学期）
课程名称计算机网络
实验名称ARP协议及PDU格式分析
试验时间2015年10月27日
指导单位通达学院
指导教师赵学建
学生姓名汤勇班级学号13002918
学院（系）计算机学院专业物联网工程
实验名称
常用网络命令
指导教师
赵学建
实验类型
上机
实验学时
6
实验时间
10.27
一、实验目的和要求
1、学习使用思科模拟器验证相关的网络协议。
2、验证ARP协议的工作原理，理解ARP高速缓存的作用。
3、理解交换机转发表的作用。
4、学会分析分组各字段的含义。
二、实验环境（实验设备）
Win10+CisoPacketTracer
三.实验原理
1.arp协议的工作原理
每台主机都设有一个ARP高速缓存，里面有本局域网上各主机和路由器的IP地址和硬件地址的映射表，这些都是该主机目前知道的一些地址。
当主机A要向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，先在其ARP高速缓存中查看是否有主机B的IP地址。
如果有，就在ARP高速缓存中查出其对应的硬件地址，再把这个硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网把该MAC帧发往此硬件地址。
也有可能查不到主机B的IP地址的项目。
这可能是主机B才入网，也可能是主机A刚刚加电，其高速缓存还是空的。
在这种情况下，主机A就自动运行ARP，然后按以下步骤找到主机B的硬件地址。
实现地址解析的第一步是产生ARP请求帧。
在ARP帧数据部分的相应字段写入本地主机的物理地址、IP地址、待侦测的目的IP地址，在目的物理地址字段写入0，并在操作类型字段写入1，用以表示本数据帧是一个ARP请求数据帧。
该ARP请求帧以本地网络适配器的物理地址作为源地址，以物理广播地址作为目的地址，通过物理层发送出去。
由于采用了广播地址，因此网段内所有的主机或设备都能够接收到该数据帧。
除了目的主机外，所有接收到该ARP请求帧的主机和设备都会丢弃该ARP请求帧，因为目的主机能够识别ARP消息中的IP地址是否与本机相同。
与目的IP地址匹配的主机构造ARP应答帧。
在ARP应答帧中，以请求分组中源物理地址、源IP地址作为其目的物理地址、目的IP地址，并将自身的物理地址、IP地址填入应答帧的源物理地址、源IP地址字段，并在操作字段中写入2，表示本ARP数据帧是一个应答数据帧。
该分组通过数据链路层直接发给源主机。
源主机接收到ARP应答帧后，获得目的主机的物理地址，并将它作为一条新记录加入到ARP高速缓存表。
此外，如果源主机没有发送ARP请求而收到其他主机的ARP响应数据帧，源主机也会在本地ARP缓冲区中缓存该主机物理地址和IP地址的对应关系。
ARP高速缓存是非常有用的。
如果不使用ARP高速缓存，那么任何一个主机只要进行一次通信，就必须在网络上用广播的方式发送ARP请求分组，这会使网络上的通信量大大增加。
ARP把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间，超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。
2.交换机的工作原理
1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。
这一过程称为泛洪（flood）。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
四．实验步骤
1.打开思科模拟器软件，将时间模式设为simulation，如下图所示，并构造如下图2所示网络拓扑，并设置PC1和PC0的地址分别为192.168.0.1和192.168.0.2，子网掩码均为255.255.255.0。
2.使用查看工具，查看交换机Switch0的mac表以及arp表，查看pc0和pc1的arp表，对上述查看表格内容进行记录，如下图所示。
3.在pc0的命令行模式运行ping192.168.0.1命令，。
查看PC0产生的两个分组，查看两种分组分别是什么分组。
并查看分组的格式，
试解释ARP分组产生的原因，并记录ARP分组及其对应数据链路层帧的源MAC地址和目的MAC地址。
4.点击软件右侧运行控制栏中的“自动捕获/运行”按钮，如下图所示。
直到pc0的ping192.168.0.1命令运行完成为止。
观察该过程网络中分组转发情况。
5.再次点击运行控制栏中的“自动捕获/运行”按钮，重新查看pc0和pc1的arp表和switch0的mac表，并记录。
6.再次在pc0的命令行运行，ping192.168.0.1，如下所示，观察此次ping命令的运行和第一次运行过程的区别，试解释此时在发送ICMP分组之前为什么不需要发送arp分组，如图下所示。
查看该ICMP分组的格式，如图所示，记录ARP分组及其对应数据链路层帧的源MAC地址和目的MAC地址。
7.在pc0命令行模式下，使用arp–a命令查看高速缓存，使用arp–d命令清除pc0的高速缓存，同样的方法清除pc1的高速缓存，特权模式下使用clearmac-address-table命令清除switch0的mac表
8.继续扩展网络拓扑如下图14所示，并配置pc2和pc3的ip地址分别为192.168.0.3和192.168.0.4，子网掩码均为均为255.255.255.0，观察并记录此时pc0-pc3的arp高速缓存和两个交换机的mac表。
9.pc0分别执行ping192.168.0.2,192.168.0.3,192.168.0.4，每执行一条命令观察并记录此时pc0-pc3的arp高速缓存和两个交换机的mac表
思考：
如果想让pc2的高速缓存中有pc3的ip到硬件地址的映射，应该如何操作
答：
可以从PC2pingpc3的IP地址。
实验小结
通过该实验能加深对IMCP以及arp的认识，特别是其封装格式。
在CiscoPacketTrace上验证ARP协议的工作原理，理解ARP高速缓存的作用。
理解交换机转发表的作用。
学会分析分组各字段的分析，对计算机网络课程加深了理解。
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