Я ожидаю, что в обоих случаях будет отправлен запрос arp, и для первого ответит реальный хост, а для второго ответит соответствующий маршрутизатор.
Нет, маршрутизатор предоставляет ответ ARP, только если запрос ARP направлен на IP-адреса одного из собственных интерфейсов маршрутизатора.
Клиент использует маску сети, чтобы решить, является ли IP-адрес назначения локальным или должен маршрутизироваться.
Если клиент определяет, что пункт назначения находится за пределами локальной сети, он выбирает соответствующий маршрутизатор из своей таблицы маршрутизации. Часто это будет "шлюз по умолчанию", настроенный статически или, скорее всего, в настоящее время, DHCP, при запуске.
Затем клиент будет передавать запрос ARP, чтобы найти MAC-адрес для IP-адреса маршрутизатора, после получения ответа arp он может затем отправлять пакеты на маршрутизатор, которые имеют MAC-адрес маршрутизатора и IP-адрес конечного получателя. Клиент также сохраняет MAC-адрес и IP-адрес маршрутизатора в своем ARP-кеше, чтобы избежать необходимости выполнять дополнительные запросы ARP для той же информации.