计算机网络——ARP及IP协议分析
一、实验目的：
1．学会使用PacketTracer进行包跟踪及数据包协议格式分析。
2．理解ARP工作机制，熟悉ARP协议格式。
3．熟悉典型的IP协议格式。
4．理解IP分段机制。
二、实验环境：
Cisco packet tracer
三、实验内容：
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#show arp，清除的命令为Router#clear arp-cache。
路由器直接相连的端口无法清除ARP
（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。
（3）重复（2）一次，观察结果有何不同，分析原因。
第一次传送ping数据包：
第二次传送ping数据包：
分析：因为第一次没有ARP的缓存，所以先发出ARP广播，第二次在主机中的ARP缓存中有MAC地址和ip地址的对应关系，所以直接转发，不需要转发。
（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。
（5）重复（4）一次，观察结果有何不同，分析原因。
（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。
PC（1.20）向PC（12.12）发送一个数据包的过程分析：
1. PC（1.20）发出一个ARP请求包，请求默认网关的MAC地址，路由器1响应，并返回ARP响应包。
2. 然后发送ping包到路由器后，路由器1查找下一跳ip地址的MAC地址，如果高速缓存中没有ARP发出的广播包，路由器2响应。
3. 路由器2响应请求，并响应路由器1，路由器1把PC（1.20）的ping包发送给路由器2。
4. 路由器2查找下一跳IP地址的MAC地址，如果高速缓存中没有，就发怵ARP广播包，PC（12.12）响应请求。
5. PC（12.12）最后响应请求，发送ARP响应给路由器2，到这里，ping包就找到了目的IP地址。
6. 下一次在ping PC（12.12）时，就不再发送ARP请求包，二直接发送ping包。
（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，
答：
1. 当主机、交换机或者路由器没有找到相连网络的下一跳IP地址对应的MAC地址时，就会启动ARP.
2. 当一段时间后，没有使用的ARP地址就是删除。
3. ARP数据报协议格式：
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。
答：因为路由器的ARP表原来没有到PC（3.11）的MAC地址
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）
答：让交换机和路由器上都有ARP缓冲表
（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：
1.该包在PC(1.10)出来时是否进行了分段：
答：是的，1500字节：1480个字节是数据长度，和20字节ip头部长度。
548字节：520个字节数据长度，20个字节ip头部长度，还有8字节的ICMP包长度。
2. 该包在Router1出来时是否进行了分段：
答：是，同理，由于路由器1的Eth1/0的MTU=1420Byte。所以，1500的数据包被分段。
3. 该包在Router2出来时是否进行了重组：
答：否，三个包分别到达PC（12.12）。
4. 该包到达PC(12.12)后是否进行了重组：
答：是，1420和100的数据包进行了重组。
5. 回复的Ping命令包是否在PC(12.12)处进行了分段：
答：是，ping包分段成1500和548字节。
6. 回复的Ping命令包是否在Router2出来时进行了分段：
答：否，1500和548的数据包在进入R2时，没有在分段。
（3）总结IP分段的条件与方法。
答：ip数据包分段条件是：当数据报的大小大于路由器宋初段的MUT是，会进行分段。
方法：吧ip数据部分分段，一段大小为MUT-20字节的值，把数据部分剩下的再比较MUT-20（ip首部），然后分段。
4．测试TTL的作用。
（1）在Realtime模式下，由PC(1.10)向PC(12.12)发送一个Ping包。
（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32字节，TTL的值为1），跟踪数据包的流动情况，观察TTL的值的变化情况，并记录下必要的信息。
（4）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32字节，TTL的值为2），跟踪数据包的流动情况，观察TTL的值的变化情况，并记录下必要的信息。
（5）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32字节，TTL的值为3或更大），跟踪数据包的流动情况，观察TTL的值的变化情况，并记录下必要的信息。
（6）总结TTL的变化规律及其作用。
答: TL值，是数据包每经过 跳后，TTL值减1.当减到0时，数据包将会丟弃，丢弃者会发送一个ICMP数据包，通知发送者。
作用:用来防止出现路由环路，当数据包无限循环转发，就会造成网络拥堵，而当TTL减到0时，数据包将会被丢弃，从而减少环路。而TTL使用一个字节表示，最大是255，如果两个通讯之间经过的路由超过255时，它是不能通过IP进行通讯的。