问默认网关与ARP混淆

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我有以下配置(我会发布一张图片，但不足以容纳2名以上的代表)：

PC1 (10.0.2.10/24)和PC2 (10.0.2.137/29)连接到集线器，集线器连接到接口FastEthernet0 0/1上的路由器(10.0.2.138/24)。

我用这个配置运行了两个测试。

第一个测试:我从PC1发送了一个ping到PC2，没有为这两个主机设置默认网关。PC1认为PC2在同一个子网中，所以它发送一个ARP广播。但事实并非如此，因此它没有收到任何答复。到目前一切尚好。结果

第二个测试:我将路由器设置为PC1和PC2's路由表中的默认网关。然后，我再次从PC1发送一个ping到PC2。这一次，PC2似乎直接回复了PC1's的ARP广播，而PC1继续发送PC2的ping请求。然后，PC2使用其路由表通过默认网关回复PC1，然后获得一个ICMP重定向来更新其路由缓存，以直接回复PC1。结果

我的困惑:当PC1's在不同的子网上广播时，PC2是如何回应它的？拥有默认网关是如何允许这样做的？一开始我以为使用代理ARP，但情况似乎并非如此，因为ARP数据包的源地址和目标地址是PC1和PC2的地址，而不是路由器的地址。