实验八、地址解析协议《计算机网络》

水逆退散，学业进步，祝我们都好，不止在夏天。

一、实验目的

二、实验内容

（1）预备知识

（2）实验步骤

三、实验小结

一、实验目的

完成本练习之后，您应该能够确定给定 IP 地址和网络掩码的网络信息。

二、实验内容

（1）预备知识

TCP/IP 使用地址解析协议 (ARP) 将第 3 层 IP 地址映射到第 2 层 MAC 地址。当帧进入网络时，必定具有目的 MAC 地址。为动态发现目的设备的 MAC 地址，系统将在 LAN 上广播 ARP 请求。含有该目的 IP 地址的设备将会发出响应，而对应的 MAC 地址将记录到 ARP 缓存中。LAN 上的每台设备都有自己的 ARP 缓存，或者利用 RAM 中的一小块区域来保存 ARP 结果。ARP 缓存定时器将会删除在指定时间段内未使用的 ARP 条目。具体时间因设备而异。例如，有些 Windows 操作系统存储 ARP 缓存条目的时间为 2 分钟，但如果该条目在这段时间内被再次使用，其 ARP 定时器将延长至 10 分钟。 ARP 是性能折衷的极佳示例。如果没有缓存，每当帧进入网络时， ARP 都必须不断请求地址转换。这样会增加通信延时，可能会造成 LAN 拥塞。反之，无限制的保存时间又可能导致离开网络或改变了第 3 层地址的设备出错。 ARP 是一种使网络设备可以通过 TCP/IP 协议进行通信的协议。如果没有 ARP，就没有建立数据报第 2 层目的地址的有效方法。但 ARP 也是潜在的安全风险。例如，ARP 欺骗或 ARP 中毒就是攻击者用来将错误的 MAC 地址关联放入网络的技术。攻击者伪造设备的 MAC 地址，致使帧发送到错误的目的地。手动配置静态 ARP 关联是预防 ARP 欺骗的方法之一。

（2）实验步骤

任务 1 ：使用 Windows arp 命令。

步骤 1 ：访问 Windows 终端。

单击开始 > 运行打开 Windows 终端。键入 cmd，然后单击确定。不带选项的 arp 命令将显示有用的帮助信息。请参见图 1 。
在主机计算机上发出 arp 命令，并检查输出。

回答下列有关 arp 命令的问题：

使用什么命令可以显示 ARP 缓存中的所有条目？ ① arp -a

使用什么命令可以删除所有 ARP 缓存条目（清空 ARP 缓存）？ ② arp -d *

步骤 2：使用 ping 命令在 ARP 缓存中动态添加条目。 ping 命令可用于测试网络连通性。通过访问其它设备， ARP 关联会被动态添加到 ARP 缓存中。

使用命令 ipconfig /all 检验主机计算机第 2 层和第 3 层的信息。

向默认网关发出 ping 命令，然后使用 arp -a 查看默认网关的物理地址为 ③ 54-a7-03-56-66-f8

步骤 3：手动调整 ARP 缓存中的条目。要删除 ARP 缓存中的条目，请发出命令 arp –d {inet-addr | *} 。可以通过指定 IP 地址逐个地删除地址，也可以使用通配符 * 删除所有条目。确认 ARP 缓存中包含的网关条目。多次 ping 网关可能更容易，因为这样缓存条目大约会保存 10 分钟的时间。

首先在您的计算机上确认网关条目都存在。如果不存在，则 ping 缺少的条目。（arp -a）
然后删除主机计算机的条目。（arp –d {inet-addr | *}
最后确认更改。（arp -a）

任务 2：使用 Wireshark 检查 ARP 交换。

步骤 1 ：配置 Wireshark 进行数据包捕获。准备 Wireshark 以执行捕获。

单击 Capture（捕获） > Options（选项）。
选择与 LAN 对应的接口,选中复选框以实时更新数据包列表。
单击 Start（开始）。数据包捕获即会开始。

步骤 2：准备主机计算机以执行 ARP 捕获。

如果尚未完成，请单击开始 > 运行打开 Windows 终端。键入 cmd，然后单击确定。

清空 ARP 缓存，这就要求 ARP 重新发现地址映射。写下您使用的命令：

④ arp -d

步骤 3：捕获和评估 ARP 通信。在此步骤中，ARP 通信将会得以评估。

使用命令 ping –n 1 网关发送一个 ping 请求到网关。
然后，单击 Capture(捕获）-stop(停止），停止 Wireshark 捕获，您将看到 Wireshark 屏幕。Wireshark 数据包列表窗口显示捕获的数据包数目。
按下图所示，在主界面的 Filter(过滤器）中输入“arp”，过滤 arp 数据包。
利用您的 Wireshark 捕获回答下列问题：

为什么 ping 网关会产生 ARP 广播数据包？

⑤ 在大多数网络中，当一个设备想要与另一个设备通信时，它首先需要知道该设备的MAC地址。ARP协议允许设备在网络中询问一个特定的IP地址对应的MAC地址。大多数操作系统都有ARP缓存，其中存储了之前解析过的IP-MAC地址对。当一个设备想要与已知IP地址通信时，它首先会查看ARP缓存，看是否已经有对应的MAC地址。如果缓存中没有，设备会发送ARP请求。

ARP 响应包给出什么信息？

⑥ 当ARP响应包被接收时，它会提供目标IP地址对应的MAC地址信息。这样，当你的计算机收到网关的ARP响应后，就知道了网关的MAC地址，可以使用这个地址来建立通信，进而实现与网关的数据传输。

展开 Arp 数据包，将 ARP 广播数据包的相关信息填写下表：

为什么 ARP 广播数据包的目标 MAC 地址的内容全为 0？

⑦ ARP广播数据包的目标MAC地址字段的内容全为0是因为在发送ARP请求时，发送者还不知道目标设备的MAC地址。因此，为了广播请求以获取目标设备的MAC地址，发送者将目标MAC地址字段设置为全0xFF（十六进制），表示广播地址。这样设置的目标MAC地址告诉网络中的所有设备都应该接收此ARP请求，并且只有目标设备会响应该请求，并提供其自己的MAC地址。

使用类似方法，将 ARP 响应数据包的相关信息填写下表：

任务 3：思考题结合预备知识，网上查阅 Arp 网关欺骗的基本原理。

⑧ARP欺骗（ARP spoofing）是一种网络攻击技术，也称为ARP缓存投毒。它利用ARP协议的工作原理来欺骗网络中的计算机，使其将网络流量发送到攻击者控制的计算机，而不是其预期的目标。

基本原理如下：

1.ARP协议用于将IP地址映射到MAC地址，以便在局域网内进行通信。

2.攻击者向目标计算机发送ARP响应，伪造目标IP地址的MAC地址，这样目标计算机会将网络流量发送到攻击者控制的计算机。

3.攻击者控制的计算机收到网络流量后，可以监视、篡改或拦截通信，甚至将流量转发给预期的目标，以使攻击不易察觉。

ARP欺骗可能会导致多种安全问题，包括中间人攻击、数据窃取和会话劫持等。防范ARP欺骗的方法包括使用静态ARP绑定、ARP检测工具、网络流量监控和加密通信等。