实验二 理解子网掩码、网关和ARP协议的作用

实验二理解子网掩码、网关和ARP协议的作用一、实验目的1.深入理解子网掩码的概念和作用。2.掌握网关在网络通信中的功能。3.透彻理解ARP协议的工作原理及过程。

二、实验环境本次实验基于Windows操作系统，使用命令提示符（CMD）进行操作。

三、子网掩码的理解与操作

（一）子网掩码的概念子网掩码是一个32位的二进制数，它用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。通过子网掩码，网络设备可以确定目标IP地址是否与自己在同一子网内，从而决定如何转发数据包。

（二）子网掩码的表示方法子网掩码通常用点分十进制表示，例如：255.255.255.0。其中，255在二进制中表示为11111111，0表示为00000000。

（三）子网掩码的计算1.默认子网掩码A类IP地址的默认子网掩码是255.0.0.0，它表示前8位是网络位，后24位是主机位。B类IP地址的默认子网掩码是255.255.0.0，前16位是网络位，后16位是主机位。C类IP地址的默认子网掩码是255.255.255.0，前24位是网络位，后8位是主机位。2.自定义子网掩码假设有一个C类网络192.168.1.0，现在要划分4个子网。由于2^2=4，所以需要借用2位主机位来划分子网。原C类网络的子网掩码是255.255.255.0（/24），借用2位后子网掩码变为255.255.255.192（/26）。子网划分如下：子网1：网络地址192.168.1.0，可用主机范围192.168.1.1192.168.1.62，广播地址192.168.1.63。子网2：网络地址192.168.1.64，可用主机范围192.168.1.65192.168.1.126，广播地址192.168.1.127。子网3：网络地址192.168.1.128，可用主机范围192.168.1.129192.168.1.190，广播地址192.168.1.191。子网4：网络地址192.168.1.192，可用主机范围192.168.1.193192.168.1.254，广播地址192.168.1.255。

（四）在Windows系统中查看子网掩码1.打开命令提示符（CMD）。2.输入命令"ipconfig"，按下回车键。可以看到每个网络连接的IP地址、子网掩码、默认网关等信息。例如：Ethernetadapter本地连接:ConnectionspecificDNSSuffix.:IPv4Address...........:192.168.1.100SubnetMask...........:255.255.255.0DefaultGateway.........:192.168.1.1

四、网关的理解与操作

（一）网关的概念网关是一个网络连接到另一个网络的"关口"。它是不同网络之间通信的桥梁，负责转发数据包，使不同子网的设备能够相互通信。

（二）网关的作用1.当一个设备要与其他子网的设备通信时，它会将数据包发送到默认网关。2.网关会根据目标IP地址的网络部分，将数据包转发到相应的网络。

（三）在Windows系统中设置网关1.打开网络连接属性。以Windows10为例，右键点击"网络"图标，选择"属性"，然后点击"更改适配器选项"。右键点击要设置网关的网络连接，选择"属性"。2.选择"Internet协议版本4(TCP/IPv4)"，点击"属性"按钮。3.在弹出的对话框中，选择"使用下面的默认网关"，输入网关的IP地址，点击"确定"保存设置。

（四）网关故障排查1.检查网络连接确保设备与网关之间的物理连接正常，如网线是否插好。2.检查网关配置在命令提示符中输入"ping网关IP地址"，如果能ping通，说明网关设备存在但可能配置有问题或网络存在其他故障。如果ping不通，可能是网关设备故障、网络线路故障或防火墙阻止了ping请求。

五、ARP协议的理解与操作

（一）ARP协议的概念ARP（AddressResolutionProtocol）即地址解析协议，用于将IP地址解析为MAC地址。在以太网中，设备之间通过MAC地址进行通信，而IP地址是网络层的标识，所以需要ARP协议来建立两者之间的映射关系。

（二）ARP协议的工作原理1.当主机A要向主机B发送数据包时，它首先会检查自己的ARP缓存表中是否有主机B的IP地址对应的MAC地址。2.如果ARP缓存表中没有该映射，主机A会发送一个ARP请求广播包，该广播包包含主机A的IP地址和MAC地址以及主机B的IP地址。3.网络中的所有设备都会收到这个ARP请求广播包，但只有目标主机B会响应一个ARP应答包，其中包含主机B的IP地址和MAC地址。4.主机A收到ARP应答包后，会将主机B的IP地址和MAC地址映射关系添加到自己的ARP缓存表中，以便后续通信时直接使用。

（三）在Windows系统中查看ARP缓存表1.打开命令提示符（CMD）。2.输入命令"arpa"，按下回车键。可以看到ARP缓存表中的内容，例如：Interface:192.168.1.1000x2InternetAddressPhysicalAddressType192.168.1.100155d897f20dynamic192.168.1.255ffffffffffffstatic

（四）ARP缓存表的更新与清除1.更新ARP缓存表当网络中的设备IP地址或MAC地址发生变化时，ARP缓存表中的映射关系可能会过时。可以使用命令"arpd"清除ARP缓存表，然后再次进行通信，系统会重新获取最新的ARP映射。2.清除ARP缓存表输入命令"arpd"，可以清除ARP缓存表中的所有条目。如果只想清除特定IP地址的ARP缓存条目，可以使用"arpdIP地址"命令。

（五）ARP攻击防范1.ARP静态绑定可以在主机上手动设置ARP静态绑定，将IP地址和MAC地址的对应关系固定下来，防止ARP攻击篡改映射。例如，在Windows系统中，可以使用"arpsIP地址MAC地址"命令进行静态绑定。2.使用ARP防火墙安装并启用ARP防火墙软件，它可以实时监测ARP数据包，拦截异常的ARP请求和应答，保护网络安全。

六、实验总结通过本次实验，我们深入理解了子网掩码、网关和ARP协议的作用。子网掩码用于划分网络和主机部分，决定了不同设备是否在同一子网内。网关作为网络通信的桥梁，负责数据包在不同子网