WikiSort.ru - Не сортированное

ARP (англ. Address Resolution Protocol — протокол определения адреса) — протокол в компьютерных сетях, предназначенный для определения MAC-адреса по IP-адресу другого компьютера.

Рассмотрим суть функционирования ARP на простом примере. Компьютер А (IP-адрес 10.0.0.1) и компьютер Б (IP-адрес 10.22.22.2) соединены сетью Ethernet. Компьютер А желает переслать пакет данных на компьютер Б, IP-адрес компьютера Б ему известен. Однако сеть Ethernet, которой они соединены, не работает с IP-адресами. Поэтому компьютеру А для осуществления передачи через Ethernet требуется узнать адрес компьютера Б в сети Ethernet (MAC-адрес в терминах Ethernet). Для этой задачи и используется протокол ARP. По этому протоколу компьютер А отправляет широковещательный запрос, адресованный всем компьютерам в одном с ним широковещательном домене. Суть запроса: «компьютер с IP-адресом 10.22.22.2, сообщите свой MAC-адрес компьютеру с МАС-адресом (напр. a0:ea:d1:11:f1:01)». Сеть Ethernet доставляет этот запрос всем устройствам в том же сегменте Ethernet, в том числе и компьютеру Б. Компьютер Б отвечает компьютеру А на запрос и сообщает свой MAC-адрес (напр. 00:ea:d1:11:f1:11) Теперь, получив MAC-адрес компьютера Б, компьютер А может передавать ему любые данные через сеть Ethernet.

Наибольшее распространение ARP получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP. В семействе протоколов IPv6 ARP не существует, его функции возложены на ICMPv6.

Описание

Описание протокола было опубликовано в ноябре 1982 года в RFC 826. ARP был спроектирован для случая передачи IP-пакетов через кадры Ethernet. При этом общий принцип, предложенный для ARP, может, и был использован и для сетей других типов.

Существуют следующие типы сообщений ARP: запрос ARP (ARP request) и ответ ARP (ARP reply). Система-отправитель при помощи запроса ARP запрашивает физический адрес системы-получателя. Ответ (физический адрес узла-получателя) приходит в виде ответа ARP.

Перед тем как передать пакет сетевого уровня через сегмент Ethernet, сетевой стек проверяет кэш ARP, чтобы выяснить, не зарегистрирована ли в нём уже нужная информация об узле-получателе. Если такой записи в кэше ARP нет, то выполняется широковещательный запрос ARP. Этот запрос для устройств в сети имеет следующий смысл: «Кто-нибудь знает физический адрес устройства, обладающего следующим IP-адресом?» Когда получатель с этим IP-адресом примет этот пакет, то должен будет ответить: «Да, это мой IP-адрес. Мой физический адрес следующий: …» После этого отправитель обновит свой кэш ARP и будет способен передать информацию получателю. Ниже приведён пример запроса и ответа ARP. <см. внизу страницы>

Записи в кэше ARP могут быть статическими и динамическими. Пример, данный выше, описывает динамическую запись кэша. Можно также создавать статические записи в таблице ARP. Это можно сделать при помощи команды:

arp -s <IP-адрес> <MAC-адрес>

В системах семейства Windows до NT 6.0 записи в таблице ARP, созданные динамически, остаются в кэше в течение 2 минут. Если в течение этих двух минут произошла повторная передача данных по этому адресу, то время хранения записи в кэше продлевается ещё на 2 минуты. Эта процедура может повторяться до тех пор, пока запись в кэше просуществует до 10 минут. После этого запись будет удалена из кэша, и будет отправлен повторный запрос ARP^[1]. Сейчас же время хранения записей в ARP-таблице и метод хранения выбираются программно и при желании их можно изменить.

Вариации ARP-протокола

ARP изначально был разработан не только для IP-протокола, но в настоящее время в основном используется для сопоставления IP- и MAC-адресов.

ARP также можно использовать для разрешения MAC-адресов для различных адресов протоколов 3-го уровня (Layer 3 protocols addresses). ARP был адаптирован также для разрешения других видов адресов 2-го уровня (Layer 2 addresses); например, ATMARP используется для разрешения ATM NSAP адресов в Classical IP over ATM протоколе.

Inverse ARP

Inverse Address Resolution Protocol, Inverse ARP или InARP — протокол для получения адресов сетевого уровня (например IP адресов) других рабочих станций по их адресам канального уровня (например, DLCI в Frame Relay сетях). В основном используется во Frame Relay и ATM сетях.

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.

Reverse ARP (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

1. Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес^[2], формирует ARP-запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.
2. Все узлы локальной сети получают ARP-запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным.
3. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP-запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

Преобразование адресов выполняется путём поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощённой ARP-таблицы.

---------------------------------------------
|     223.1.2.1          08:00:39:00:2F:C3  |
|     223.1.2.3          08:00:5A:21:A7:22  |
|     223.1.2.4          08:00:10:99:AC:54  |
---------------------------------------------

Структура пакета

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. Поле пусто при запросе.

Target protocol address (TPA) 

Логический адрес получателя.

Кэш ARP

Эффективность функционирования ARP во многом зависит от кэша ARP (ARP cache), который присутствует на каждом хосте. В кэше содержатся IP-адреса и соответствующие им аппаратные адреса.

Время жизни записи в кэше оставлено на усмотрение разработчика. По умолчанию может составлять от десятков секунд (например, 20 секунд) до четырёх часов (Cisco IOS).^[3]

Обнаружение конфликтов адресов (Address Conflict Detection)

Протокол 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 (ip-адрес 0.0.0.0). Перед использованием IP-адреса хост может проверить, что данный IP-адрес не используется другим хостом сегмента локальной сети.

ARP-оповещение

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 ARP-кэша 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 IP- и MAC-адресами), такой запрос исправит записи в ARP-кэше других хостов в сети.

ARP-оповещения также используются для 'защиты' IP-адресов в RFC 3927 (Zeroconf) протоколе.

ARP-запросы могут решать и другие задачи. Так, при загрузке сетевого обеспечения ЭВМ такой запрос может выяснить, не присвоен ли идентичный IP-адрес какому-то еще объекту в сети.

В рамках протокола ARP возможны самообращённые запросы (gratuitous ARP). При таком запросе инициатор формирует пакет, где в качестве IP-адреса используется его собственный адрес. Это бывает нужно, когда осуществляется стартовая конфигурация сетевого интерфейса. В таком запросе IP-адреса отправителя и получателя совпадают.

Самообращённый запрос позволяет ЭВМ решить две проблемы. Во-первых, определить, нет ли в сети объекта, имеющего тот же IР-адрес. Если на такой запрос придёт отклик, то ЭВМ выдаст на консоль сообщение Duplicate IP address sent from Ethernet address <…>. Во-вторых, в случае смены сетевой карты производится корректировка записи в АRP-таблицах ЭВМ, которые содержали старый МАС-адрес инициатора. Машина, получающая ARP-запрос c адресом, который содержится в её таблице, должна обновить эту запись.

Вторая особенность такого запроса позволяет резервному файловому серверу заменить основной, послав самообращённый запрос со своим МАС-адресом, но с IP-адресом вышедшего из строя сервера. Этот запрос вызовет перенаправление кадров, адресованных основному серверу, на резервный. Клиенты сервера при этом могут и не знать о выходе основного сервера из строя. При этом возможны и неудачи, если программные реализации в ЭВМ не в полной мере следуют регламентациям протокола ARP.

Примечания

См. также

• MAC-адрес
• IP-адрес
• DHCP
• RARP
• BOOTP
• ARP-spoofing
• Proxy ARP

Ссылки

• ARP Sequence Diagram (pdf)
• RFC 826 — Address Resolution Protocol
• RFC 2390 — Inverse Address Resolution Protocol
• RFC 5227 — IPv4 Address Conflict Detection
• Gratuitous ARP
• Free ARP tools with source code (French)
• ARP-SK ARP traffic generation tools
• ARP-спуфинг (русский)
• Очистить кэш Arp Linux

Для улучшения этой статьи желательно: Викифицировать статью. Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.