ARP協議工作原理實驗

一、實驗目的

驗證「在向目的主機傳送資料報時會先查詢arp快取記憶體，如果arp快取記憶體中已儲存了目的主機的mac位址，不進行arp查詢，使用arp快取記憶體中的mac位址；如果快取中沒有ip對應的mac位址，傳送arp請求。」

二、實驗裝置

一台膝上型電腦作業系統為windows 10，使用vmware workstation pro安裝虛擬作業系統ubuntu19.1。虛擬機器使用nat模式與宿主主機連線。安裝wireshark-3.2.7抓包工具和win10pcap工具。（nat模式的網路拓撲圖如下圖）

三、實驗原理

ping命令使用icmp協議。對目的主機進行ping的原理：源主機對目的主機傳送icmp請求，接收icmp應答的過程。

arp協議工作原理：如果不知道目的主機ip位址對應的mac位址，則會廣播傳送icmp請求包，目的主機回應icmp應答包。

四、實驗過程

以ubuntu來作為一台計算機，對ubuntu進行ping操作來模擬傳送資料報。使用wireshark抓包工具捕獲資料報，來判斷是否有arp請求發出。

五、實驗步驟

1、開啟ubuntu，檢視ubuntu的ip位址及mac位址（如圖1）。

（圖1）

2、開啟windows 10作業系統的命令提示符（cmd），輸入ipconfig /all檢視windows的ip位址和mac位址（如圖2）

（圖2）

輸入arp -a檢視arp快取記憶體中的ip位址對應的mac位址（如圖3）。其中192.168.81.254為dhcp伺服器，192.168.81.1為宿主機虛擬網絡卡位址。

（圖3）

3、開啟wireshark選擇ubuntu所在的網絡卡介面卡，進行抓包。

4、在windows 10下的cmd輸入命令ping 192.168.81.128（如圖4）

（圖4）

抓得的資料（如圖5）抓得的資料報不包含arp請求包，即在ping操作之前沒有進行arp查詢。說明arp快取記憶體中已儲存了對方的mac位址，不進行arp查詢。

（圖5）

5、在windows 10下以管理員許可權開啟cmd輸入arp -d *，清空arp快取記憶體中的ip位址於mac位址的對應關係，在輸入arp -a檢視arp快取記憶體中的ip位址與mac位址的對應關係。（如圖6）。

（圖6）

6、再次用wireshark抓包，同時在windows 10下ping 192.168.81.128，抓的資料報（如圖7）。在四次icmp請求和應答報文前，有一次arp請求和應答。說明在快取記憶體中沒有對方的ip位址對應的mac位址時，會先傳送arp請求，獲得ip位址與mac位址的對應關係。

（圖7）

7、再次在cmd中輸入arp -a檢視arp快取中資訊（如圖8）。

（圖8）

六、實驗結果

1、arp快取記憶體中存在ip位址和mac位址的對應關係時，從圖5中可以看到在icmp報文段（ping命令）前沒有arp請求和應答（沒有arp資料報）

2、arp快取記憶體中沒有ip位址和mac位址的對應關係時，從圖7中可以看到在icmp報文段（ping命令）前存在一次arp請求和應答。說明arp快取記憶體中沒有目標ip位址與mac位址的對應關係時會傳送arp請求，查詢ip位址與mac位址的對應關係。

七、結論

在傳送資料報時會先查詢arp快取，如果快取中已儲存了對方的mac位址，不進行arp查詢，使用快取中的mac位址；如果快取中沒有ip對應的mac位址，傳送arp請求。