实验三地址转换协议ARP.doc

实验三 地址转换协议ARP
实验目的
1．能够使用ARP命令对ARP选路表(下文简称ARP表)进行简单操作。
2．学会使用WIRESHARK捕获ARP数据包并分析其格式。
3．深入理解ARP(地址解析协议)的工作原理和重要作用。
实验环境
1．安装Windows2000/2003Server/XP操作系统的PC计算机一台。
2．每台PC具有一块以太网卡，通过双绞线与局域网相连。
2．每台PC运行网络协议分析软件WIRESHARK。
实验原理
ARP协议是“Address Resolution Protocol”的缩写。在局域网中，网络中实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的MAC地址的。在以太网中，一台主机要和另一台主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
在DOS提示符下使用arp -a命令就可以查看本地的ARP缓存内容，所以，执行一个本地的PING命令后，ARP缓存就会存在一个目的IP的记录了。当然，如果你的数据包是发送到不同网段的目的地，那么就一定存在一条网关的IP-MAC地址对应的记录。
知道了ARP协议的作用，就能够很清楚地知道，数据包的向外传输得依靠ARP协议，当然，也就是依赖ARP缓存。要知道，ARP协议的所有操作都是内核自动完成的，同其他的应用程序没有任何关系。同时需要注意的是，ARP协议只使用于本网络。

硬件类型（值为1）
协议类型（值为0800H）
硬件长度（值为6）
协议长度（值为4）
操作：请求1，响应2
发送MAC地址（6字节）
发送IP地址（4字节）
目标端MAC地址（6字节）（并未包含在请求报文中）
目标端IP地址（4字节）
图2-1 使用IP协议的以太网中ARP报文格式
字段说明：
   硬件类型：表示硬件类型，例如：1表示以太网。
   协议类型：表示要映射的协议类型，例如 0x0800表示IP地址。
     硬件长度：指明硬件地址长度，单位是字节，MAC是48位，长度是6个 字节。
     协议长度：高层协议地址的长度，对于IP地址，长度是4个字节。
    操作字段：共有二种操作类型，1表示ARP请求，2表示ARP应答。
   发送方MAC：6个字节的发送方MAC地址。
    发送方IP： 4个字节的发送方IP地址。
    目的MAC：6个字节的目的MAC地址。
    目的IP： 4个字节的目的IP地址。

图2-2 ARP地址解析过程
实验步骤
1、使用ARP命令
打开“命令提示符”界面，键入“arp -a”指令查看本机ARP表中的内容。如图2-1所示。
图2-1 查看本机ARP表的内容
注意：在ARP表中，各主机的逻辑地址与物理地址是一一对应的，由此形成表项。主机之间进行物理通信前，首先要查找本机ARP表，如果有对应项，则将通信对方的IP地址转换为相应的物理地址。“Type”栏下的“dynamic”字段表明该表项处在动态更新中。如果20分钟内没有其它访问网络的操作，ARP表会自动清空。
如果不想等待20分钟，可使用“arp –d *”命令主动清空ARP表的内容。此时再执行“arp -a”命令，会发现ARP表已经清空。
我们还可以使用“arp -s”命令手工设置ARP表表项，如：
“arp –s 192.168.12.253 00-cd-0d-33-00-34”。(arp –s IP地址 MAC地址)
图2-2 手动添加ARP表表项
2、分析ARP协议的工作过程
具体操作步骤是：
(1)相邻的两名同学为一组，清除ARP表中的所有项。
(2)运行WIRESHARK程序，执行分组捕获操作。
(3)向另一台机器发送Ping包，稍后停止发Ping包。
(4)查看WIRESHARK捕到的ARP包，分析ARP协议执行的全过程。
3、用ARP命令查找IP地址冲突主机
我们知道，如果网络中存在相同IP地址的主机的时候，就会报告出IP地址冲突的警告。这是怎么产生的呢？
比如某主机B规定IP地址为192.168.12.251，如果它处于开机状态，那么其他机器A更改IP地址为192.168.12.251就会造成IP地址冲突。其原理就是：主机A在连接网络(或更改IP地址)的时候就会向网络发送ARP包广播自己的IP地址。如果网络中存在相同IP地址的主机B，那么B就会通过ARP来reply该地址，当A接收到这个reply后，A就会跳出IP地址冲突的警告，当然B也会有警告。
如果能同时观察到这些主机，那么通过修改其中一台主机的IP地址即可解决问题。但是如果我们仅能观察到其中一台PC提示“IP地址192.168.12.251与网络上的其他地址冲突”，那么应如何确定是哪两台主机设置了相同的IP地址呢？
(1)将该报警主机的IP地址修改为一个未用地址。如：192.168.12.253
(2)在该机命令提示符界面输入“Ping 192.168.12.251”。
(3)执行“arp -a”命令。
思考题
1．结合实验画出地址解析的流程图。
2．根据ARP协议的工作机制考虑是否存在地址欺骗的安全隐患？试考虑可能的解决途径。
3．ARP协议只能解析本网络地址，那么跨网络如何解析地址呢？