分析ＡＲＰ協(xié)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(wǎng)絡、理解TCP/IP體系的通信原理，從而指導我們分析網(wǎng)絡中故障發(fā)生的原因以及采用有效的方法排查故障。關鍵詞：網(wǎng)段；ARP協(xié)議；RARP協(xié)議；
充分認識ARP的作用與工作過程有助于我們認識網(wǎng)絡、理解TCP/IP體系的通信原理，從而指導我們分析網(wǎng)絡中故障發(fā)生的原因以及采用有效的方法排查故障。首先，子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)關與ARP協(xié)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(wǎng)掩碼，網(wǎng)關與ARP協(xié)議的基本概念與工作原理。
1 子網(wǎng)掩碼(Subnet Mask)
子網(wǎng)掩碼的主要功能是告知網(wǎng)絡設備，一個特定的IP地址的哪一部分是包含網(wǎng)絡地址與子網(wǎng)地址，哪一部分是主機地址。網(wǎng)絡的路由設備只要識別出目的地址的網(wǎng)絡號與子網(wǎng)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(wǎng)段中唯一標識一個網(wǎng)絡設備的接口。
子網(wǎng)掩碼使用與IP相同的編址格式，子網(wǎng)掩碼為1的部分對應于IP地址的網(wǎng)絡與子網(wǎng)部分，子網(wǎng)掩碼為0的部分對應于IP地址的主機部分。將子網(wǎng)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(wǎng)絡地址和子網(wǎng)地址。
2 網(wǎng)關(Gateway)
在Internet中的網(wǎng)關一般是指用于連接兩個或者兩個以上網(wǎng)段的網(wǎng)絡設備，通常使用路由器(Router)作為網(wǎng)關。
在TCP/IP網(wǎng)絡體系中，網(wǎng)關的基本作用是根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡號與子網(wǎng)號，選擇最佳的出口對IP分組進行轉發(fā)，實現(xiàn)跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通信。
3 ARP協(xié)議(Address Resolution Protocol)
在以太網(wǎng)(Ethernet)中，一個網(wǎng)絡設備要和另一個網(wǎng)絡設備進行直接通信，除了知道目標設備的網(wǎng)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(xié)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(wǎng)絡設備需要和另一個網(wǎng)絡設備通信時，它首先把目標設備的IP地址與自己的子網(wǎng)掩碼進行“與”操作，以判斷目標設備與自己是否位于同一網(wǎng)段內。如果目標設備在同一網(wǎng)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(fā)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(wǎng)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(fā)現(xiàn)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(fā)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(wǎng)段，則源設備首先把IP分組發(fā)向自己的缺省網(wǎng)關(Default Gateway)，由缺省網(wǎng)關對該分組進行轉發(fā)。如果源設備沒有關于缺省網(wǎng)關的MAC信息，則它同樣通過ARP協(xié)議獲取缺省網(wǎng)關的MAC地址信息。
為了減少廣播量，網(wǎng)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(xù)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(fā)送ICMP的Echo Request報文，目標主機收到后，向源主機發(fā)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(tǒng)。
實驗方案：
步驟1：
設置兩臺主機的IP地址與子網(wǎng)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(wǎng)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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