【51CTO.com 獨家特稿】計算機網絡知識的學習，離不開多次試驗的實踐學習。但昂貴的網絡設備，對許多想搭建真實網絡環境的人又望而卻步。不過，現在我們借助簡單的設備搭建所需的網絡環境也完全是有可能的。下面的一個實例所需的設備就非常少，只需兩臺電腦，和一根交叉網線即可。若你覺得具備這些設備還是有些困難，那只用一臺電腦也完全可以，只需在網上下載一個VMware虛擬機軟件，安裝后進行相應的設置，就可以進行下面的實例學習。

不過下面提到的命令和參數，都是在有兩臺電腦的實驗環境中完成的。操作系統使用的是Win7，兩臺電腦都沒有配置默認網關。還需要注意的就是連接兩臺電腦用的是交叉網線，網線一端是T568A標準的線序，另一端是T568B標準的線序，不能使用直通線。下面就一步步介紹實驗過程中碰到的問題，和解決問題的方法，期間也就很自然的學習了TCP/IP協議族中的IP和ARP協議。

（圖1 位于同一網絡中的兩臺主機）

一、如圖1所示，這種實驗環境很簡單，想必大家都試驗過。它也很容易理解，處在同一網絡中的兩臺PC，不用配置網關，也能夠互相通信。

（圖2 位于不同網絡中的兩臺主機）

二、如圖2所示，兩臺PC在不同的網絡中，但還要讓PC1和PC2之間能互相ping通。這種網絡實驗環境，可能很多人沒有深入研究過，下面就通過一些實驗截圖一步步分析：

（圖3  PC1不能ping通PC2）#p#

1、如圖3所示，在PC1上ping主機PC2是不通的。若能保證連接兩臺PC的網線沒有故障，ping不通的話，問題肯定首先出在PC1的路由上。

（圖4 主機PC1中的路由表）

2、如圖4所示，在PC1的"命令行"中，執行"route print"命令，就能看到PC1主機上的路由表，在其中看不到，到達目的網絡172.16.0.0/16的路由。所以，在PC1上執行ping 172.16.1.1命令后，PC1首先在它的路由表中查找有沒有到達網絡172.16.0.0/16的路由表項，若沒有就會返回如圖3所示的結果。

3、既然路由表中沒有到網絡172.16.0.0/16的路由，那PC1中的二層ARP表中有沒有與172.16.1.1對應的MAC地址表項呢？因為只有IP地址和MAC地址之間進行了一一對應的綁定，主機在封裝完三層具有源和目的IP地址的數據包后，然后在進行二層封裝數據幀時，必須找到與IP目的地址對應的MAC地址，才能完成二層的封裝。不過如圖5所示，PC1中的ARP表中，并沒有IP地址172.16.1.1和PC2的MAC地址的對照表。

（圖5 主機PC1中的ARP表）

4、既然PC1的路由表中沒有到網絡172.16.0.0/16的路由，那就在PC1中添加一條靜態路由，如圖6所示。注意添加靜態路由的命令格式，必須和圖6所示的一致。只是在命令的***還有一個"IF"參數，可以省略不寫，這并不影響命令的正確執行。

（圖6 在主機PC1中添加靜態路由）#p#

5、執行完添加靜態路由的命令后，在PC1中再次執行命令"route print"后，發現PC1的路由表中，已經包含了到網絡172.16.0.0/16的路由，如圖7所示。

（圖7  PC1路由表中包含了到PC2網絡的路由）

6、既然PC1中的路由表中已經包括了到達網絡172.16.0.0/16的路由，那是不是在PC1上就能ping通172.16.1.1了？結果如圖8所示，這時PC1還是不能ping通PC2。

（圖8 在主機PC1上還是ping不通PC2）

這是因為，雖然PC1路由表中包含有到PC2的路由，這樣在PC1上發送具有目的IP地址是172.16.1.1的ping包時，數據包能夠到達PC2。但是當PC2收到ping包后，PC2依據ping的性質，還要把ping包再發送回PC1，在PC1收到PC2返回的ping包后，一個完整的ping過程才結束。

但是當PC2發送ping包前，它在自己的路由表中要查找，有沒有到達目的網絡地址是10.0.0.0/8的路由，但是它沒有找到這項路由。在這種情況下PC2就自動丟棄了這個ping包，所以PC1也就收不到由PC2返回的ping包，自然也就有了圖8所示的結果。

7、不過這時在PC1上，也發生了一個明顯的變化。當再次在命令行中執行命令"arp -a"后，發現PC1的ARP表中多了一項IP地址172.16.1.1和PC2的MAC地址的綁定項，如圖9所示。

（圖9  PC1中已有了包含PC2的ARP表項）#p#

這是因為，當在PC1上執行"ping 172.16.1.1"命令后，PC1首先在路由表中找到了到達網絡172.16.0.0/16的路由表項，然后就對數據包進行三層封裝。當三層封裝完成后，PC1就要根據172.16.1.1對應的MAC地址，對數據包進行二層封裝。這是因為只有把正確的MAC地址封裝進數據幀后，數據包才能在以太網中被正確的送達目的地，因為在以太網中只依據二層MAC地址，而不是三層IP地址傳輸數據。但這時當PC1在ARP表中查找172.16.1.1的MAC地址時，它并沒有找到。

這時PC1就會發出一個廣播包，詢問誰有IP地址172.16.1.1的MAC地址，當PC2收到這個廣播包后，發現172.16.1.1這個IP地址和自己的IP地址一樣，就給PC1返回一個數據包，數據包中就包括有和172.16.1.1對應的MAC地址，當PC1收到這個數據包后，就會在自己的ARP表中添加與IP地址172.16.1.1對應的MAC地址表項，所以當再次執行"arp -a"命令后，就能看到多了這一項。

那為什么***次執行"arp -a"命令時，PC1的ARP表中沒有與172.16.1.1對應的MAC地址綁定呢？因為***次在PC1上執行ping 172.16.1.1命令時，PC1在路由表中沒有找到與網絡172.16.0.0/16對應的路由，這時PC1就自動放棄了封裝三層數據包的行為，既然三層數據包都沒有進行封裝，就更談不上在PC1中進行二層封裝了，所以PC1也就沒有必要知道與172.16.1.1對應的MAC地址了，也就沒有再發送一個廣播包詢問與172.16.1.1對應的MAC地址。所以，***次執行"arp -a"命令時，PC1的ARP表中并沒有與172.16.1.1對應的MAC地址表項。

8、既然現在知道在PC1上ping不通PC2是因為，在PC2上沒有到達網絡10.0.0.0/8的路由，那現在就在PC2上添加一條靜態路由，如圖10所示，格式和在PC1上添加到網絡172.16.0.0/16的路由格式是一樣的。

（圖10 在主機PC2上添加靜態路由）

9、在PC2上添加完靜態路由后，再在PC1上執行ping命令后，就能ping通了，如圖11所示。因為ping包到達PC2后，也能在路由表中找到去往PC1網絡10.0.0.0/8的路由了。

（圖11 在PC1上能夠ping通PC2）#p#

三、總結

1、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析協議）

（1）概念：ARP工作在數據鏈路層，它和硬件接口進行聯系，同時對上層提供服務。ARP將計算機的32位網絡IP地址，轉化為48位的MAC物理地址。在以太網中的數據幀從一個主機到達網內的另一臺主機是根據48位的以太網地址來確定接口的，而不是根據32位的IP地址。計算機網卡的驅動程序，必須知道目的端的硬件MAC地址才能發送數據。因此，必須把IP目的地址轉換成以太網的目的地址。

在TCP/IP協議棧中，網絡層和傳輸層只關心目標主機的IP地址。這就導致在以太網中使用IP協議時，數據鏈路層的以太網協議接到上層IP協議提供的數據中，只包含目的主機的IP地址。而地址解析（address resolution）就是主機在發送數據幀前將目標IP地址轉換成目標MAC地址的過程。ARP在正常情況下的通訊模式應該是，請求→應答→請求→應答，也就是一問一答的規則。

（2）ARP工作原理：首先，每臺主機都會在自己的ARP緩沖區中建立一個 ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之間的對應關系。當源主機需要將一個數據包要發送到目的主機時，會首先檢查自己 ARP列表中是否存在該 IP地址對應的MAC地址，如果有﹐就直接將數據包發送到這個MAC地址。如果沒有，就向本地網段發起一個ARP請求的廣播包，查詢此目的主機對應的MAC地址。此ARP請求數據包里包括源主機的IP地址、硬件地址、以及目的主機的IP地址。網絡中所有的主機收到這個ARP請求后，會檢查數據包中的目的IP是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此數據包；如果相同，該主機首先將發送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中，如果ARP表中已經存在該IP的信息，則將其覆蓋，然后給源主機發送一個 ARP響應數據包，告訴對方自己是它需要查找的MAC地址。源主機收到這個ARP響應數據包后，將得到的目的主機的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP列表中，并利用此信息開始數據的傳輸。如果源主機一直沒有收到ARP響應的數據包，就表示ARP查詢失敗。

2、理解路由的兩個關鍵知識點

（1）路由器對三層數據包的路由轉發，是根據"網絡地址"轉發數據包的，而不是根據"IP地址"轉發的。例如，一臺路由器收到一個需要路由的數據包，數據包的目的IP地址是213.17.53.9，掩碼是255.255.255.0。然后路由器首先要做的是結合數據包的IP地址和掩碼，算出數據包要被路由的目的網絡地址是213.17.53.0/24，然后，路由器才會在其路由表中查找有沒有到網絡213.17.53.0/24的路由，而不是查找到IP地址213.17.53.9的路由，若有就依據路由表提供的信息，在相應的接口上將數據包轉發出去。若沒有找到對應的路由，則路由器就會自動把數據包丟棄。

（2）路由器對數據包的路由，是依據三層數據包中的"目的IP地址"進行路由轉發的，而和數據包中的"源IP地址"沒有關系。也就是路由器收到三層數據包后，只需要數據包中的目的IP地址和目的IP地址的掩碼，就可完成對數據包的路由，整個過程沒有使用到三層數據包中的源IP地址，及其掩碼。

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