ARP协议工作原理实验

一、实验目的
验证“在向目的主机发送数据包时会先查询ARP高速缓存，如果ARP高速缓存中已保存了目的主机的MAC地址，不进行ARP查询，使用ARP高速缓存中的MAC地址；如果缓存中没有IP对应的MAC地址，发送ARP请求。”

二、实验设备
一台笔记本电脑操作系统为Windows 10，使用VMware Workstation Pro安装虚拟操作系统Ubuntu19.1。虚拟机使用NAT模式与宿主主机连接。安装Wireshark-3.2.7抓包工具和Win10Pcap工具。（NAT模式的网络拓扑图如下图）

三、实验原理
Ping命令使用ICMP协议。对目的主机进行Ping的原理：源主机对目的主机发送ICMP请求，接收ICMP应答的过程。
ARP协议工作原理：如果不知道目的主机IP地址对应的MAC地址，则会广播发送ICMP请求包，目的主机回应ICMP应答包。

四、实验过程
以Ubuntu来作为一台计算机，对Ubuntu进行Ping操作来模拟发送数据包。使用Wireshark抓包工具捕获数据包，来判断是否有ARP请求发出。

五、实验步骤
1、打开Ubuntu，查看Ubuntu的IP地址及MAC地址（如图1）。

（图1）
2、打开Windows 10操作系统的命令提示符（cmd），输入ipconfig /all查看Windows的IP地址和MAC地址（如图2）

（图2）
输入arp -a查看ARP高速缓存中的IP地址对应的MAC地址（如图3）。其中192.168.81.254为DHCP服务器，192.168.81.1为宿主机虚拟网卡地址。

（图3）
3、打开Wireshark选择Ubuntu所在的网卡适配器，进行抓包。
4、在Windows 10下的cmd输入命令ping 192.168.81.128（如图4）

（图4）
抓得的数据（如图5）抓得的数据包不包含ARP请求包，即在ping操作之前没有进行ARP查询。说明ARP高速缓存中已保存了对方的MAC地址，不进行ARP查询。

（图5）
5、在Windows 10下以管理员权限打开cmd输入arp -d *，清空ARP高速缓存中的IP地址于MAC地址的对应关系，在输入arp -a查看ARP高速缓存中的IP地址与MAC地址的对应关系。（如图6）。

（图6）
6、再次用Wireshark抓包，同时在Windows 10下ping 192.168.81.128，抓的数据包（如图7）。在四次ICMP请求和应答报文前，有一次ARP请求和应答。说明在高速缓存中没有对方的IP地址对应的MAC地址时，会先发送ARP请求，获得IP地址与MAC地址的对应关系。

（图7）
7、再次在cmd中输入arp -a查看ARP缓存中信息（如图8）。

（图8）
六、实验结果
1、ARP高速缓存中存在IP地址和MAC地址的对应关系时，从图5中可以看到在ICMP报文段（ping命令）前没有arp请求和应答（没有ARP数据包）
2、ARP高速缓存中没有IP地址和MAC地址的对应关系时，从图7中可以看到在ICMP报文段（ping命令）前存在一次arp请求和应答。说明ARP高速缓存中没有目标IP地址与MAC地址的对应关系时会发送ARP请求，查询IP地址与MAC地址的对应关系。
七、结论
在发送数据包时会先查询ARP缓存，如果缓存中已保存了对方的MAC地址，不进行ARP查询，使用缓存中的MAC地址；如果缓存中没有IP对应的MAC地址，发送ARP请求。