ARP
ARP (Address Resolution Protocol) — протокол, который обеспечивает корректное взаимодействие устройств, подключённых к одной локальной сети. Он выступает посредником в процессе сопоставления сетевых адресов к физическим адресам, что необходимо для передачи данных между узлами.
Основные функции протокола ARP: Разрешение адресов, Кэширование, Обнаружение конфликтов, Прозрачность работы.
Как работает протокол ARP: когда устройство в сети хочет отправить данные, оно сначала должно найти физический адрес сетевого адаптера получателя. Для этого используется ARP-запрос, который содержит IP-адрес целевого устройства и направляется ко всем узлам в локальной сети. Узел, распознавший свой IP в запросе, отвечает с указанием своего MAC-адреса. Таким образом, исходное устройство получает необходимую информацию для установления прямого взаимодействия.
Inverse ARP
Inverse Address Resolution Protocol, Inverse ARP или InARP — протокол для получения адресов сетевого уровня (например адресов IP) других рабочих станций по их адресам канального уровня (например, DLCI в сетях Frame Relay). InARP обычно используется в сетях Frame Relay и ATM.
Сравнение ARP и InARP
ARP переводит адреса сетевого уровня в адреса канального уровня, в то же время InARP можно рассматривать как его инверсию. InARP реализовано как расширение ARP. Форматы пакетов этих протоколов одни и те же, различаются лишь коды операций и заполняемые поля.
RARP
Reverse Address Resolution Protocol, Reverse ARP или RARP, как и InARP, переводит адреса канального уровня в адреса сетевого уровня. Но RARP используется для получения логических адресов самих станций отправителей, в то время как в InARP-протоколе отправитель знает свои адреса и запрашивает логический адрес другой станции. От RARP отказались в пользу BOOTP, который был в свою очередь заменён DHCP.
Принцип работы
Узел, которому нужно выполнить отображение адреса IP на аппаратный адрес (Ethernet hardware address, MAC-адрес), формирует запрос ARP с адресом IP получателя, вкладывает его в кадр протокола канального уровня и рассылает его широковещательно.
Все узлы сегмента локальной сети получают запрос ARP и сравнивают указанный там адрес IP с собственным.
В случае совпадения собственного адреса IP с полученным в запросе ARP, узел формирует ответ ARP, в котором указывает и свой адрес IP, и свой аппаратный адрес, и отправляет его уже адресно на аппаратный адрес отправителя запроса ARP.
Преобразование адресов выполняется путём поиска в таблице соответствия адресов IP и MAC. Эта таблица, называемая таблицей ARP, хранится в памяти операционной системы и содержит записи для каждого известного ей узла сети. В двух столбцах содержатся адреса IP и Ethernet (MAC). Если требуется преобразовать адрес IP в MAC, то в таблице ARP ищется запись с соответствующим адресом IP.
Структура пакета ARP
Ниже проиллюстрирована структура пакета, используемого в запросах и ответах ARP. В сетях Ethernet в этих пакетах используется EtherType 0x0806, и запросы рассылаются на широковещательный MAC-адрес — FF:FF:FF:FF:FF:FF. Отметим, что в структуре пакета, показанной ниже, в качестве SHA, SPA, THA и TPA условно используются 32-битные слова — реальная длина определяется физическим устройством и протоколом.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hardware type (HTYPE)
Каждый канальный протокол передачи данных имеет свой номер, который хранится в этом поле. Например, Ethernet имеет номер 0x0001.
Protocol type (PTYPE)
Код сетевого протокола. Например, для IPv4 будет записано 0x0800.
Hardware length (HLEN)
Длина физического адреса в байтах. Адреса Ethernet имеют длину 6 байт (0x06).
Protocol length (PLEN)
Длина логического адреса в байтах. IPv4 адреса имеют длину 4 байта (0x04).
Operation
Код операции отправителя: 0x0001 в случае запроса и 0x0002 в случае ответа.
Sender hardware address (SHA)
Физический адрес отправителя.
Sender protocol address (SPA)
Логический адрес отправителя.
Target hardware address (THA)
Физический адрес получателя. Не требуется при запросе.
Target protocol address (TPA)
Логический адрес получателя.
Если хост с IPv4 адресом 10.10.10.123 и MAC адресом 00:0D:9D:86:59:E2 хочет послать пакет другому хосту с адресом 10.10.10.140, но не знает его MAC адрес, то он должен послать ARP запрос для разрешения адреса.
Пакет, изображённый ниже, изображает широковещательный запрос. Если хост с IP 10.10.10.140 присутствует в сети и доступен, то он получает этот запрос ARP и возвращает ответ.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кэш ARP
Эффективность функционирования ARP во многом зависит от кэша ARP (ARP cache), который имеется на каждом хосте. В кэше содержится составленная операционной системой таблица соответствия адресов MAC и IP.
Время жизни записи в кэше оставлено на усмотрение разработчика. По умолчанию может составлять от десятков секунд (например, 20 секунд) до четырёх часов (Cisco IOS).
Обнаружение конфликтов адресов (Address Conflict Detection)
ARP может использоваться для обнаружения конфликтов IP-адресов в локальной сети. RFC 5227 определяет формат запроса ARP Probe с полем SPA, состоящим из всех нулей (адрес IP 0.0.0.0). Перед назначением адреса IP интерфейсу хост может проверить, что этот адрес не используется другим хостом сегмента локальной сети.ARP-оповещение (ARP Announcement)
ARP-оповещение (ARP Announcement) — это пакет (обычно ARP-запрос[4]), содержащий корректную SHA и SPA хоста-отправителя, с TPA, равной SPA. Это не разрешающий запрос, а запрос на обновление кэша ARP других хостов, получающих пакет.
Большинство операционных систем посылает такой пакет при включении хоста в сеть, что позволяет предотвратить ряд проблем. Например, при смене сетевой карты (когда необходимо обновить связь между адресами IP и MAC), такой запрос исправит записи в кэше ARP других хостов в сети.
ARP-оповещения также используются для «защиты» адресов IP в протоколе Zeroconf, описанном в RFC 3927.
Добровольный запрос ARP (Gratuitous ARP)
Специальный случай запроса ARP — запрос собственного адреса IP, он получил название «Gratuitous ARP» (добровольный запрос ARP).
В таком запросе адреса IP отправителя и получателя совпадают.
Gratuitous ARP используется в двух целях:
оповещение соседних устройств о том, что в сегменте сети появился новый адрес IP;
проверка свободности адреса IP (используется ли он другим устройством).