24-ARP消息分析实验
00 分钟
2023-12-1
2023/11/27

实验目的

本实验旨在深入理解ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）的工作原理及其在网络通信中的重要作用。通过分析ARP报文的结构和行为，学习如何从理论到实践应用ARP协议进行IP地址到MAC地址的映射，以及如何利用工具观测和分析ARP通信过程。

实验原理

ARP协议的核心功能是<u>将网络层的IP地址转换为数据链路层的MAC地址</u>。这一转换对于在以太网环境中的数据传输至关重要，因为数据链路层的通信依赖于MAC地址。实验将通过静态映射和动态映射两种ARP映射方式来展示地址转换过程。静态映射涉及手动创建ARP表，而动态映射则依赖于ARP和RARP协议自动查找相应地址。实验还将探讨ARP请求和响应的流程，以及ARP报文的结构和字段。

实验设备

  • 操作系统：Windows 11
  • 网络环境：局域网
  • 软件：Cisco Packet Tracer虚拟实验环境

实验步骤

  1. 打开Cisco Packet Tracer虚拟实验环境，按照下面的网络结构图连线
      2. notion image
  1. 使用arp -d清除PC端的arp缓存，使用clear arp-cache清空Router的arp缓存
      2. 清理前后如下图所示：
      notion image
  1. 打开Simulation模式，使用PC1（192.168.2.13）去ping PC0（192.162.1.11），使用simulation去捕获其中的数据包，<u>分析其中的ARP数据包</u>
  1. <u>查看本机ARP内容</u>
  1. 使用WireShark抓取ARP报文，<u>对报文进行分析</u>

实验现象

  1. Cisco虚拟环境中的报文
      2. 以PC1->Router1为例分析ARP报文：
      notion image
      • OSI Model：展示了ARP请求报文是如何被Router1接收的。在OSI模型的第二层（数据链路层），Ethernet II Header显示源MAC地址为0002.1722.CDCA（PC1），目的地MAC地址为广播地址FFFF.FFFF.FFFF，表明这是一个广播帧。ARP包的源IP地址是192.168.2.13（PC1），目的IP地址是192.168.2.1（Router右端口），这说明主机试图解析IP地址192.168.2.1对应的MAC地址。
      • 输入PDU详情：详细描述了ARP请求的格式。
        • 硬件类型（Hardware Type）：在这个ARP响应中，硬件类型为0x1，指示这是一个以太网帧。
        • 硬件长度（HLEN, Hardware Length）：为6，表示物理地址（MAC地址）的长度为6个字节。
        • 协议长度（PLEN, Protocol Length）：为4，表示协议地址（IP地址）的长度为4个字节。
        • 操作码（Opcode）：为0x1，代表这是一个ARP请求报文。
        • 发送方MAC地址（Sender MAC Address）：在ARP响应中，发送方的MAC地址为0002.1722.CDCA，表示PC1的物理地址。
        • 发送方IP地址（Sender IP Address）：与发送方MAC地址相对应的IP地址为192.168.2.13。
        • 目标MAC地址（Target MAC Address）：由于是响应，这里填充了发起ARP请求的设备的MAC地址，即0000.0000.0000，因为这是一个ARP请求，发送方正在查询这个MAC地址。
        • 目标IP地址（Target IP Address）：请求ARP解析的IP地址为192.168.2.1，请求相应的设备。
      • 输出PDU详情：详细描述了ARP响应的格式。
        • 硬件类型（Hardware Type）：在这个ARP响应中，硬件类型为0x1，指示这是一个以太网帧。
        • 硬件长度（HLEN, Hardware Length）：为6，表示物理地址（MAC地址）的长度为6个字节。
        • 协议长度（PLEN, Protocol Length）：为4，表示协议地址（IP地址）的长度为4个字节。
        • 操作码（Opcode）：为0x2，代表这是一个ARP响应报文。
        • 发送方MAC地址（Sender MAC Address）：在ARP响应中，发送方的MAC地址为00E0.8FAC.8302，表示Router1右端口的物理地址。
        • 发送方IP地址（Sender IP Address）：与发送方MAC地址相对应的IP地址为192.168.2.1。
        • 目标MAC地址（Target MAC Address）：由于是响应，这里填充了发起ARP请求的设备的MAC地址，即0002.1722.CDCA。
        • 目标IP地址（Target IP Address）：请求ARP解析的IP地址为192.168.2.13，对应于发起请求的设备。
  1. 本机的ARP内容
      2. notion image
  1. 对WireShark抓取ARP报文进行分析
      2. 我在终端输入了ping 100.80.165.195
      notion image
      ARP请求包含以下信息：
      • Hardware type使用的硬件类型：这里的1代表以太网。
      • Protocol type协议类型：0x0800是IPv4地址。
      • Hardware size硬件地址的长度：这里是6，对应于MAC地址的字节长度。
      • Protocol size协议地址的长度：这里是4，对应于IPv4地址的字节长度。
      • Opcode操作码：1代表这是一个ARP请求。
      • Sender MAC address发送者的MAC地址：与上面的Src字段相同。
      • Sender IP address发送者的IP地址：这里是100.80.165.198。
      • Target MAC address目标MAC地址：在ARP请求中这通常是0，因为这是正在查询的地址。
      • Target IP address目标IP地址：这里是100.80.165.195。发送者想要知道这个IP地址对应的MAC地址。

分析讨论

  1. 为什么需要一开始要先清除ARP缓存才能访问到ARP包？
      2. 因为ARP包只会在以下情况下发出，一开始Cisco会自动帮助发送ARP，这时再simulation则无法接收到。
    1. 新设备加入网络：当一台设备首次尝试与网络上的另一台设备通信时，它需要将目标设备的IP地址解析为MAC地址，这时会发出ARP请求。
    2. ARP缓存中没有条目：如果一个设备的ARP缓存中没有目标IP地址的条目，或者条目已经过期，它会发出ARP请求来获取或更新这个IP地址对应的MAC地址。
    3. 网络通信：任何时候设备尝试与同一局域网(LAN)上的另一个设备通信，但不知道其MAC地址时，会发出ARP请求。
    4. IP地址冲突：如果一个设备怀疑有IP地址冲突，即可能有另一个设备使用了相同的IP地址，它可能会发送ARP请求来确认。
    5. IP地址更改：当网络上的设备更改其IP地址时，它可能会发送ARP通告，通知网络上的其他设备它的新MAC-IP映射。
    6. ARP缓存超时：大多数操作系统都会定期清除ARP缓存中的旧条目，如果之后还需要旧的IP-MAC映射关系，系统就会发送新的ARP请求。
    7. 网络设备重启或连接恢复：当网络设备重启或从断开状态恢复连接时，它们通常会发送ARP请求，以确保它们在ARP缓存中有最新的网络连接信息。
评论
Loading...