分析ARP及IP协议（计算机网络）
1、用PacketTracer（5.3或以上版本）打开文件31_ARP&IP_Testing.pkt.pkt。注意：Router1的Eth1/0的MTU＝1420Byte，其余均为1500Byte。
2、分析ARP的工作原理。
（1）在Realtime模式下，尽量清除所有设备（PC机及路由器）中的ARP缓存信息，对于不能清除（有些路由器中的ARP缓存信息不能清除）的记录下相关缓存信息。
注：PC机中查看ARP缓存的命令为arp –a，清除ARP缓存的命令为arp–d。
路由器中查看ARP缓存的命令为Router#showarp，清除的命令为Router#clear arp-cache。
（2）在simulation模式下，由PC(1.10)向PC(1.20)发送一个Ping包，观察包（ICMP及ARP）的传递过程，同时注意相关PC机、路由器的ARP缓存变化情况，记录下相关信息，并对其中的ARP包进行协议格式分析。注意：在Filter中同时选中ICMP及ARP。
路由器的第一条ARP地址格式，正是PC1.11的默认网关的地址。
（3）重复（2）一次，观察结果有何不同，分析原因。
第二次发送数据包的时候，数据包到达交换机后，直接到达PC1.20，并不会传送到路由器了。
（4）在simulation模式下，由PC(1.10)向PC(3.11)发送一个Ping包，观察包的传递过程，同时注意相关PC机、路由器的ARP缓存变化情况，记录下相关信息，并对其中的ARP包进行协议格式分析。
数据包第一次返回PC1.10，并没有传送到PC3.11，PC机1.10的ARP增加了一条记录：
PC(1.10)的ARP表
PC(3.11)的ARP表
（5）重复（4）一次，观察结果有何不同，分析原因。
数据包能够直接通过路由器，到达交换机1，并且直接到达PC机3.11。
（6）试分析此时，由PC(1.20)向PC(12.12)发送一个Ping包的处理过程，并验证之。
数据包从PC1.20发送出去后，到达路由器1，直接返回到PC1.20。此时PC机1.20的ARP中保存了它的默认网关地址
再次点击数据包的发送，这时数据包能够直接通过路由器R1，并且到达路由器R2，此时数据包又从R2返回来：
（7）总结ARP工作机器，包括什么时候启动ARP、APR高速缓存更新机制、ARP数据包协议格式，
总结：PC主机中都有自己的ARP缓冲区，用来表示IP地址和MAC地址的对应关系，当主机发送数据包到目的主机时，就启动ARP协议，它首先会查看自己的ARP列表中是否有目的主机的ARP对应的IP地址，如果有，就直接将数据包发送出去；如果没有，就向它所在的网段发起一个ARP请求的广播包，查询能够到达该目的主机的对应的MAC地址。
ARP更新机制：主机发送数据包后，此网段的主机就会检查数据包中的目的IP地址是否和自己的IP地址一致，如果不相同就忽略此数据包，如果相同，则该主机就把源主机的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中；如果ARP列表中已经存在该IP地址，就直接覆盖，以完成ARP的更新。
ARP数据包协议格式：路由器的ARP列表中包括三个信息：一个是主机的IP地址，一个是主机所在的物理地址，另一个是接口名称。IP地址包括源主机的IP地址和主机的默认网关，还包括该主机所在的网段。
3、IP协议格式分析：在simulation模式下，由PC(1.10)向PC(3.11)发送一个Ping包（开始几次有可能失败，试分析原因），从其中随机取几个包，分析该包的MAC首部及IP首部信息，特别注意该包进入该设备及离开该设备时相关信息的变化情况。注意：在Filter中仅选中ICMP或者仅选中IP。
数据包第一此传送时 的确会失败 是因为刚开始建立的链接并不稳定
以下窗口是点击相对应的设备 Info就会出现 8~14 14~18 是MAC地址 SRC IP DST IP 分别表示为源地址和目的地址
比较两图可以知道 传送数据包过程中源地址和目的地址并没有发生改变 只有MAC地址再改变，因为经过的设备不一样
4．IP分段机制分析。
（1）在Realtime模式下，由PC(1.10)向PC(12.12)发送一个Ping包。（试分析此步骤的作用）
（2）在simulation模式下，由PC(1.10)向PC(12.12)发送一个自定义Ping包（长度为2000字节），跟踪数据包的流动情况，特别注意：该包在PC(1.10)出来时是否进行了分段，该包在Router1出来时是否进行了分段，该包在Router2出来时是否进行了重组，该包到达PC(12.12)后是否进行了重组，回复的Ping命令包是否在PC(12.12)处进行了分段，回复的Ping命令包是否在Router2出来时进行了分段。在每一处发生了分段的地方，观察包中与分段有关的几个字段的信息（数据包长度、标识号、标志、偏移值），并记录下必要的信息。
点击 这是自定义PING包 然后设置信息
数据包在PC(1.10)出来分成了两段
第一段 TL为1500
第二段 TL为548
数据包到达R1时也分段了
TL变成了100
四、实验后应能回答的问题
1．关于ARP协议：
(1)ARP请求数据包内容是什么，ARP应答数据包内容是什么？
请求内容是主机的IP地址和物理地址，以及目的主机的IP地址和物理地址；应答内容是：将网络层地址解析为数据链路层的mac地址，并且把经过的ARP地址记录下来。
(2)ARP协议的工作方式是怎样的？比如：谁发出ARP请求，谁回复ARP应答。
当主机发送数据包时，就启用ARP协议，如果目的主机在同一网段，则可以直接通信；如果不在同一网段，则不能直接通信，需要保存一条能够通往目的主机的MAC地址。在同一网段的主机，如果数据包的目的地址不是它，则它会显示拒绝接收数据包的错误请求。
(3)什么时候会调用ARP？调用ARP时是希望获取谁的MAC地址？比如：在不考虑高速缓存影响的情况下，PC(1.10)访问PC(1.30)时，会调用ARP吗，若调用ARP是用来获得谁的MAC地址；PC(1.10)访问PC(3.22)呢；PC(1.10)访问PC(12.12)呢。
当源主机发送数据包请求时，就启用了ARP协议；希望获取的是目的主机的MAC地址；PC机1.10访问PC机1.30时，会调用ARP，它希望来获取PC机1.30的MAC地址。其它的访问依然如此。
2．关于ARP高速缓存：
(1)ARP高速缓存中每条记录包含哪些信息？
包含了源主机的IP地址，源主机所在的网段，源主机的默认网关，目的主机的IP地址，以及目的主机所在的网段和默认网关。
(2)什么时候会向ARP高速缓存中添加记录，添加的记录是什么？
主机发送数据包后，此网段的主机就会检查数据包中的目的IP地址是否和自己的IP地址一致，如果不相同就忽略此数据包，如果相同，则该主机就把源主机的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中；如果ARP列表中已经存在该IP地址，就直接覆盖，以完成ARP的更新。
(3)ARP高速缓存可以起到什么样的作用，是如何起作用的？
PC主机中都有自己的ARP缓冲区，用来表示IP地址和MAC地址的对应关系，当主机发送数据包到目的主机时，就启动ARP协议，它首先会查看自己的ARP列表中是否有目的主机的ARP对应的IP地址，如果有，就直接将数据包发送出去；如果没有，就向它所在的网段发起一个ARP请求的广播包，查询能够到达该目的主机的对应的MAC地址。
3．关于IP协议：
(1)IP数据包中MAC首部及IP首部的格式是怎样的，相关信息是如何获得的？
MAC首部格式是：000n(n代表不同数字)，IP首部是占4位，可表示的最大十进制数值是15。主要是通过主机所在的局域网决定的。
(2)若PC(1.10)用IP包传输信息到PC(12.12)，整个过程中MAC首部及IP首部中哪些信息会发生变化，是如何发生变化的？
从PC机1.10发送到PC12.12过程中，MAC首部不断发生变化，因为数据包要经过不同的网络设备，而每个网络设备的物理地址都是不相同的。IP首部不会发生变化，因为数据包的IP地址就是PC机12.12的IP地址。
4．关于IP分片与重组：
(1)什么条件下，在什么地方会发生IP分片？比如：当PC(1.10)向PC(12.12)发送一个长度为2000字节(包括IP首部，但不包括MAC首部)时，在哪些地方会发生分片；若是PC(12.12)向PC(1.10)发送数据呢。
数据链路层具有最大传输单元MTU这个特性，它限制了数据帧的最大长度，如果IP层有数据包要传送，而且数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片，是每一个片的长度都小于或者等于MTU；分片后的IP数据包，只有到达目的主机才进行重新组装。
(2)一个IP数据包如何进行分片？比如：分片时哪些信息会被继承，哪些信息会发生改变；如何识别同一个IP数据包的多个分片；如何对同一个IP数据包的多个分片进行排序。
对于发送端发送的每份IP数据包来说，其标识符字段都包含一个唯一值，该值在数据包分片时被复制到每个片中。除了最后一片外，其他每个组数据包的片都要把该片的自己置为1。分片时，除最后一片外，其它每一片中的数据部分，必须是8字节的整数倍。