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2024年4月18日发(作者：git分布式版本控制)
实验二：获取以太网中IP地址与MAC地址
的对应关系
2.1 实验目的
熟悉ARP的帧结构以及工作原理，深入了解IP地址和MAC地址的有关概念,
掌握WinPcap开发包的实验方法以及自定义构造数据包。
2.2 实验要求
要求自行构造arp请求数据帧，用WinPcap的相关函数实现数据帧的发送，
并解析响应的数据帧，获得IP地址与MAC地址的对应关系。本实验要求通过操
作系统提供的命令和WinPcap编程两种方式获取以太网中主机的MAC地址。
2.3 实验原理
ARP是地址解析协议，它的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标
设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。在以太网中，一个主机和另一个主机
进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标MAC地址是如何获
得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧
前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是通过目
标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
在TCP/IP协议中，每一个网络结点是用IP地址标识的，IP地址是一个逻
辑地址。而在以太网中数据包是靠48位MAC地址（物理地址）寻址的。因此，
必须建立IP地址与MAC地址之间的对应（映射）关系，ARP协议就是为完成
这个工作而设计的。
TCP/IP协议栈维护着一个ARP cache表，在构造网络数据包时，首先从
ARP表中找目标IP对应的MAC地址，如果找不到，就发一个ARP request广
播包，请求具有该IP地址的主机报告它的MAC地址，当收到目标IP所有者的
ARP reply后，更新ARP cache。ARP cache有老化机制。
互联网通常通过IP地址指定其发送IP数据报的始发地和目的地，根据ARP
协议的规定，将高层的IP地址映射成底层的物理地址，要理解ARP协议的工作
过程，下面用一个例子说明，如下图所示：
图1：ARP工作过程
主机A要和B通信，A要先广播含有自身IP地址与MAC地址映射关系的请
求信息包，请求解析B的IP地址与MAC地址的映射关系。
为了获取以太网中其他主机的IP与MAC地址的对应关系，应用程序需要向
以太网广播ARP请求，需要自行构造ARP请求包，所以必须熟悉ARP报文的格式，
对报文中的各个字段进行填充。
图2：ARP报文的格式
发送ARP请求，请求本机网络接口卡上绑定的IP地址与MAC地址的对应关
系，把本机IP地址作为ARP报文的目的地址，应用程序捕获到本机的ARP响应，
获取本机网络接口卡的MAC地址。
网络操作系统通常会将从网络中得到的IP地址与MAC地址的映射关系存放
在本地的高速缓冲区，多数网络系统中的表项都内置一个arp命令，所以我们可
以用arp -a命令来高速显示cache中的ARP表， ARP表可以包含动态和静态表
项，每个动态表项的潜在生命周期是10分钟，而静态表项直到删除或者重启计
算机为止。
在VC++中利用WinPcap编程，构造ARP请求数据包，首先要获取主机的Mac
地址，把目的地址设置为自己的IP地址，获取局域网内其他主机的IP地址与
MAC地址的映射关系就需要发送广播ARP请求帧，然后通过解析捕获到的ARP响
应数据包，得到IP地址与MAC地址的映射关系。
2.4 实验内容
2.4.1 利用系统提供的命令获取IP地址与MAC地址的对应关系
（1）多数操作系统都内置一个arp命令，可以使用arp -a显示高速cache
中的ARP表，如果期望的IP地址与MAC地址没有出现在表中，则可以ping 该
IP地址，成功后，在执行arp-a，就可以看到ARP表项的变化情况。
图3：arp-a的结果
（2）添加ARP静态表项，命令：arp –s inet_addr eth_addr,其中inet_addr
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