分析ＡＲＰ協議的理論與實踐

分析ＡＲＰ協議的理論與實踐

摘要：充分認識ARP的作用與工作過程有助于我們認識網絡、理解TCP/IP體系的通信原理，從而指導我們分析網絡中故障發生的原因以及采用有效的方法排查故障。

關鍵詞：網段；ARP協議；RARP協議；
　　
　　充分認識ARP的作用與工作過程有助于我們認識網絡、理解TCP/IP體系的通信原理，從而指導我們分析網絡中故障發生的原因以及采用有效的方法排查故障。首先，子網掩碼，網關與ARP協議的概念初學者往往難以一下子掌握。因此很有必要通過實驗來幫助學員更加深入直觀地了解子網掩碼，網關與ARP協議的基本概念與工作原理。
　　
　　1 子網掩碼(Subnet Mask)
　　
　　子網掩碼的主要功能是告知網絡設備，一個特定的IP地址的哪一部分是包含網絡地址與子網地址，哪一部分是主機地址。網絡的路由設備只要識別出目的地址的網絡號與子網號即可作出路由尋址決策，IP地址的主機部分不參與路由器的路由尋址操作，只用于在網段中唯一標識一個網絡設備的接口。
　　子網掩碼使用與IP相同的編址格式，子網掩碼為1的部分對應于IP地址的網絡與子網部分，子網掩碼為0的部分對應于IP地址的主機部分。將子網掩碼和IP地址作“與”操作后，IP地址的主機部分將被丟棄，剩余的是網絡地址和子網地址。
　　
　　2 網關(Gateway)
　　
　　在Internet中的網關一般是指用于連接兩個或者兩個以上網段的網絡設備，通常使用路由器(Router)作為網關。
　　在TCP/IP網絡體系中，網關的基本作用是根據目的IP地址的網絡號與子網號，選擇最佳的出口對IP分組進行轉發，實現跨網段的數據通信。
　　
　　3 ARP協議(Address Resolution Protocol)
　　
　　在以太網(Ethernet)中，一個網絡設備要和另一個網絡設備進行直接通信，除了知道目標設備的網絡層邏輯地址(如IP地址)外，還要知道目標設備的第二層物理地址(MAC地址)。ARP協議的基本功能就是通過目標設備的IP地址，查詢目標設備的MAC地址，以保證通信的順利進行。
　　當一個網絡設備需要和另一個網絡設備通信時，它首先把目標設備的IP地址與自己的子網掩碼進行“與”操作，以判斷目標設備與自己是否位于同一網段內。如果目標設備在同一網段內，并且源設備沒有獲得與目標IP地址相對應的MAC地址信息，則源設備以第二層廣播的形式(目標MAC地址為全1)發送ARP請求報文，在ARP請求報文中包含了源設備與目標設備的IP地址。同一網段中的所有其他設備都可以收到并分析這個ARP請求報文，如果某設備發現報文中的目標IP地址與自己的IP地址相同，則它向源設備發回ARP響應報文，通過該報文使源設備獲得目標設備的MAC地址信息。
　　如果目標設備與源設備不在同一網段，則源設備首先把IP分組發向自己的缺省網關(Default Gateway)，由缺省網關對該分組進行轉發。如果源設備沒有關于缺省網關的MAC信息，則它同樣通過ARP協議獲取缺省網關的MAC地址信息。
　　為了減少廣播量，網絡設備通過ARP表在緩存中保存IP與MAC地址的映射信息。在一次ARP的請求與響應過程中，通信雙方都把對方的MAC地址與IP地址的對應關系保存在各自的ARP表中，以在后續的通信中使用。ARP表使用老化機制，刪除在一段時間內沒有使用過的IP與MAC地址的映射關系。
　　
　　4 實驗設計
　　
　　我們通過設計一個簡單的實驗來幫助學員更深入直觀地理解上述三個知識點所涉及的基本概念與原理。在實驗中，我們利用ping命令來檢驗主機間能否進行正常的雙向通信。在“ping”的過程中，源主機向目標主機發送ICMP的Echo Request報文，目標主機收到后，向源主機發回ICMP的Echo Reply報文，從而可以驗證源與目標主機能否進行正確的雙向通信。
　　A與B為實驗用的PC機，使用Windows2000 Professional作操作系統。
　　實驗方案：
　　步驟1：
　　設置兩臺主機的IP地址與子網掩碼：
　　A: 192.168.1.130 255.255.255.0
　　B: 192.168.1.125 255.255.255.0
　　兩臺主機均不設置缺省網關。
　　用arp -d命令清除兩臺主機上的ARP表，然后在A與B上分別用ping命令與對方通信，在A與B上分別顯示，
　　A: Reply from 192.168.1.125: bytes=32 time

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