11. Arp-протокол. Примеры запроса/ответа, обнаружение конфликта ip-адресов

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса (Address Resolution Protocol, ARP). Необходимость в обращении к протоколу ARP возникает каждый раз, когда модуль IP передает пакет на уровень сетевых интерфейсов, например драйверу Ethernet. IP-адрес узла назначения известен модулю IP. Требуется на его основе найти МАС - адрес узла назначения.

Работа протокола ARP начинается с просмотра так называемой АRР-таблицы. Каждая строка таблицы устанавливает соответствие между IP-адресом и МАС - адресом. Для каждой сети, подключенной к сетевому адаптеру компьютера или к порту маршрутизатора, строится отдельная ARP-таблица.

Итак, после того как модуль IP обратился к модулю ARP с запросом на разрешение адреса, происходит поиск в ARP-таблице указанного в запросе IP-адреса. Если таковой адрес в ARP-таблице отсутствует, то исходящий IP-пакет, для которого нужно было определить локальный адрес, ставится в очередь. Далее протокол ARP формирует свой запрос (ARP-запрос), вкладывает его в кадр протокола канального уровня и рассылает запрос широковещательно.

Все узлы локальной сети получают ARP-запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес, а затем отправляет его уже направленно, так как в ARP-запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета.

Ответ присылает узел, опознавший свой IP-адрес. Получает этот ответ машина, сделавшая ARP-запрос. Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет. Протокол IP уничтожает IP-пакеты, направляемые по этому адресу. (Заметим, что протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.) Если такой IP есть, то модуль ARP анализирует ARP-ответ и добавляет запись в свою ARP-таблицу. Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Если запись не обновлялась в течение определенного времени (порядка нескольких минут, примерно 10 мин), то она исключается из таблицы. Таким образом, в ARP - таблице содержатся записи не обо всех узлах сети, а только о тех, которые активно участвуют в сетевых операциях. Поскольку такой способ хранения информации называют кэшированием, ARP-таблицы иногда называют ARP-кэш.

ARP — протокол канального уровня, предназначенный для определения MAC-адреса по известному IP-адресу. Наибольшее распространение этот протокол получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP.

ARP был спроектирован для случая передачи IP-пакетов через сегмент Ethernet.

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.

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>

Записи в таблице ARP, созданные динамически, остаются в кэше в течение 2-х 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.

Необходимость в обращении к протоколу ARP возникает каждый раз, когда модуль IP передает пакет на уровень сетевых интерфейсов, например драйверу Ethernet. IP-адрес узла назначения известен модулю IP. Требуется на его основе найти МАС - адрес узла назначения.

Для каждой сети, подключенной к сетевому адаптеру компьютера или к порту маршрутизатора, строится отдельная ARP-таблица.

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет. Протокол IP уничтожает IP-пакеты, направляемые по этому адресу. (Заметим, что протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.) Если такой IP есть, то модуль ARP анализирует ARP-ответ и добавляет запись в свою ARP-таблицу. Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Таким образом, в ARP - таблице содержатся записи не обо всех узлах сети, а только о тех, которые активно участвуют в сетевых операциях.

Структура ARP-заголовка:

1. Аппаратный тип – в какой сети используется – 2 байта

2. Тип протокола (IP) – 2 байта

3. Длина аппаратного адреса – 1 байт (6, т.к. длина MAC-адреса равна 6)

4. Длина адреса сетевого протокола – 1 байт (4, т.к. IPv4)

5. Режим работы – ARP-запрос или ARP-ответ – 2 байта

6. Аппаратный адрес отправителя – 6 байт

7. Адрес протокола-отправителя – 4 байта

8. Аппаратный адрес получателя – 6 байт

9. Адрес протокола-получателя – 4 байта

ARP-протокол посылается на сетевом уровне. Используется только для разрешения адресов, никакой информации от протоколов верхних уровней он передать не может.