Связь адресации канального уровня и адресации сетевого уровня

Это отношение между MAC-адресами (уровень 2) и IP-адресами (уровень 3) осуществляется через протокол ARP.wiki.merionet+2​

Проблема

На разных уровнях модели OSI используются разные адреса:

• Канальный уровень (L2): MAC-адреса (физические адреса)

  • 48-битовые адреса: 00:1A:2B:3C:4D:5E

  • Уникальны в пределах локальной сети (LAN)

  • Используются для доставки в пределах одного физического сегмента

• Сетевой уровень (L3): IP-адреса (логические адреса)

  • 32-битовые (IPv4) или 128-битовые (IPv6)

  • Маршрутизируются глобально (в Интернете)

  • Определяют сеть, к которой принадлежит хост

Проблема: когда компьютер должен отправить пакет, он знает IP-адрес получателя, но для создания Ethernet кадра нужен MAC-адрес получателя. Как их связать?

Решение: arp (Address Resolution Protocol)

ARP — протокол, который преобразует IP-адрес в MAC-адрес в пределах локальной сети.wikipedia+1​

Процесс ARP:habr+2​

text

Компьютер A хочет отправить пакет Компьютеру B

Компьютер A знает: IP B = 192.168.1.50

Шаг 1: Проверка ARP таблицы (кэша)

Есть ли в таблице запись (192.168.1.50 → MAC)?

ДА → используем известный MAC адрес

НЕТ → перейти к шагу 2

Шаг 2: ARP запрос (broadcast)

Компьютер A отправляет в локальную сеть:

"Кто имеет IP адрес 192.168.1.50?

Мой IP 192.168.1.10, мой MAC 11:22:33:44:55:66"

Все компьютеры в сети получают запрос

Шаг 3: ARP ответ (unicast)

Компьютер B (имеющий IP 192.168.1.50) отвечает:

"Я имею IP 192.168.1.50, мой MAC AA:BB:CC:DD:EE:FF"

Ответ отправляется ТОЛЬКО Компьютеру A

Шаг 4: Кэширование

Компьютер A добавляет в ARP таблицу:

IP 192.168.1.50 → MAC AA:BB:CC:DD:EE:FF

Эта запись хранится определённое время (обычно 4 часа)

Шаг 5: Отправка пакета

Теперь Компьютер A знает MAC адрес Компьютера B

Создаёт Ethernet кадр:

┌─────────────────────────────────────────┐

│ Dest MAC: AA:BB:CC:DD:EE:FF │

│ Src MAC: 11:22:33:44:55:66 │

│ IP пакет: 192.168.1.10 → 192.168.1.50 │

│ ... │

└─────────────────────────────────────────┘

Отправляет кадр в локальную сеть

Arp таблица

ARP таблица хранит соответствие IP-адреса и MAC-адреса для хостов в одной локальной сети.

Пример ARP таблицы:

text

IP адрес MAC адрес Время жизни

192.168.1.1 AA:BB:CC:DD:EE:FF 14400 сек

192.168.1.50 11:22:33:44:55:66 3600 сек

192.168.1.100 22:33:44:55:66:77 1200 сек

192.168.1.5 33:44:55:66:77:88 запомнен (статическая)

Команды для работы с ARP:

bash

# Linux/Mac

arp -a # Показать ARP таблицу

arp -s 192.168.1.100 AA:BB:CC:DD:EE:FF # Добавить запись

arp -d 192.168.1.100 # Удалить запись

# Windows

arp -a # Показать ARP таблицу

arp -s 192.168.1.100 AA-BB-CC-DD-EE-FF # Добавить запись

arp -d 192.168.1.100 # Удалить запись

Взаимодействие разных уровней

Пакет в процессе отправки проходит трансформацию, где на каждом уровне используется свой адрес:

text

Приложение (HTTP запрос)

↓

Уровень 7 (прикладной):

"Отправить запрос на www.example.com"

↓

Уровень 3 (сетевой): преобразование имени в IP

"www.example.com = 93.184.216.34"

Создание IP пакета:

Src IP: 192.168.1.10

Dst IP: 93.184.216.34

↓

Уровень 3 (маршрутизация): проверка маршрута

"93.184.216.34 не в 192.168.1.0/24"

→ Нужно отправить на шлюз 192.168.1.1

↓

Уровень 3 (ARP): преобразование IP в MAC

"Какой MAC у 192.168.1.1?"

→ Ответ: MAC AA:BB:CC:DD:EE:FF

↓

Уровень 2 (канальный): создание кадра

Dst MAC: AA:BB:CC:DD:EE:FF (маршрутизатор)

Src MAC: 11:22:33:44:55:66 (наш компьютер)

IP пакет: 192.168.1.10 → 93.184.216.34

↓

Уровень 1 (физический): отправка битов

Преобразование кадра в электрические сигналы

Отправка по кабелю Ethernet

Ключевой момент: IP адрес никогда не меняется при прохождении через маршрутизаторы в пределах маршрута, но MAC адреса меняются на каждом переходе!

text

Путь пакета через интернет:

Компьютер (IP: 192.168.1.10)

↓ [MAC: 11:22... → AA:BB... (маршрутизатор)]

Домашний маршрутизатор (IP: 192.168.1.1 / 203.0.113.50)

↓ [MAC: CC:DD... → XX:YY... (шлюз провайдера)]

Шлюз провайдера (IP: 203.0.113.1)

↓ [MAC: ZZ:AA... → YY:BB... (интернет-провайдер)]

...

↓ [MAC много раз меняются]

Целевой сервер (IP: 93.184.216.34)

IP адреса (источник и назначение) не меняются!

MAC адреса меняются на каждом переходе!

Эта двухуровневая адресация — симфония взаимодействия уровней модели OSI, где каждый уровень выполняет свою роль!