Протокол arp

Никакой функциональной зависимости между локаль­ным адресом и его IP-адресом не существует, следовательно, единственный способ установления соответствия — ведение таблиц. В результате конфигу­рирования сети каждый интерфейс «знает» свои IP-адрес и локальный адрес, что можно представить как таблицу, состоящую из одной строки. Проблема состоит в том, как организовать обмен имеющейся информацией между узлами сети.

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP). Протокол разрешения адресов реализуется различным образом в зависимости от того, работает ли в данной сети протокол локальной сети с возможностью широковещания (Ethernet) или же какой-либо из протоколов глобальной сети (ATM, Framе Relay), которые не поддерживают широковещательный доступ.

Рассмотрим работу протокола ARP в локальных сетях с широковещанием. Протокол ARP поддерживает на каждом интерфейсе сетевого адаптера или маршрутизатора ARP-таблицу, в которой в ходе функционирования сети на­капливается информация о соответствии между IP-адресами и МАС- адресами других интерфейсов данной сети. Первоначально при включении ком­пьютера или маршрутизатора в сеть все его ARP-таблицы пусты. На рис.1 показан фрагмент IP-сети, включающий две сети - Ethernet 1 и Ethernet 2, подключенные к интерфейсам 1 и 2 маршрутизатора соответ­ственно.

Рисунок 1 - Схема работы протокола ARP

Пусть в какой-то момент IP-модуль узла С направляет пакет узлу D. Про­токолу IP узла С в результате конфигурирования стал известен IР-адрес интерфейса следующего маршрутизатора — это IP₁. Однако для того, чтобы направить пакет маршрутизатору, необходимо определить его локальный адрес (МАС-адрес). Для решения этой задачи предпринимаются следующие шаги:

1. На первом шаге происходит передача от протокола IP протоколу ARP примерно такого сообщения: «Какой МАС-адрес имеет интерфейс с ад­ресом IP₁?»

2. Работа протокола ARP начинается с просмотра собственной ARP-таблицы. Предположим, что среди содержащихся в ней записей отсутствует запрашиваемый IP-адрес.

3. В этом случае протокол ARP формирует ARP-запрос, вкладывает его в кадр протокола Ethernet и широковещательно рассылает. Заметим, что зона распространения ARP-запроса ограничивается сетью Ethernet 1, так как на пути широковещательных кадров барьером стоит маршрутизатор.

4. Все интерфейсы сети Ethernet 1 получают ARP-запрос и направляют его «своему» протоколу ARP. ARP сравнивает указанный в запросе адрес IP, с IP-адресом собственного интерфейса.

5. Протокол ARP, который констатировал совпадение (в данном случае это ARP интерфейса 1 маршрутизатора), формирует ARP-ответ. В ARP- ответе маршрутизатор указывает локальный адрес MAC, соответствующий адресу IP, своего интерфейса, и отправляет его запрашивающему узлу (в данном примере узлу С).

Чтобы уменьшить число ARP-обращений в сети, найденное соответствие ме­жду IP-адресом и МАС-адресом запоминается в ARP-таблице компьютера С (в данном случае это запись: IP₁— MAC₁). Теперь, если вдруг вновь возник­нет необходимость послать пакет по адресу IP_1, соответствующий локальный адрес будет быстро извлечен из ARP-таблицы.

ARP-таблица пополняется не только за счет поступающих на данный интерфейс ARP-ответов, но и в результате извлечения полезной информа­ции из широковещательных ARP-запросов. Поскольку в каждом запросе содержатся IP- и МАС-адреса отправителя, все интерфейсы, получившие этот запрос, могут поместить информацию о соответствии локального и се­тевого адресов отправителя в собственную ARP-таблицу. В нашем примере все узлы, получившие ARP-запрос от узла С, могут пополнить свои ARP-таблицы записью: IP_с — МАС_с.

В ARP-таблицах существует два типа записей: динамические и статические. Статические записи создаются вручную с помощью утилиты arp и не имеют срока устаревания, точнее, они существуют до тех пор, пока компьютер или маршрутизатор остается включенным. Динамические записи должны перио­дически обновляться. Если запись не обновлялась в течение определенного времени (порядка нескольких минут), 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-кэшем.

Совсем другой способ разрешения адресов используется в глобальных сетях, в которых не поддерживается широковещательная рассылка. Здесь адми­нистратору сети чаще всего приходится вручную формировать и помещать на какой-либо сервер ARP-таблицы, в которых он задает, например, соответ­ствие IP-адресов номерам виртуальных каналов, имеющих для протокола IP смысл локальных адресов.

В то же время сегодня наметилась тенденция автоматизации работы прото­кола ARP и в глобальных сетях. Для этой цели среди всех маршрутизаторов подключенных к какой-либо глобальной сети, выделяется специальный мар­шрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и мар­шрутизаторов этой сети. Этот маршрутизатор называют ARP-сервером. Единственное, что требуется сделать вручную — это занести в память всех компьютеров и маршрутизаторов сети IP-адрес и локальный адрес ARP-cepвера. При включении каждый узел и маршрутизатор регистрирует свои ад­реса на ARP-сервере. Всякий раз, когда возникает необходимость определе­ния по IP-адресу локального адреса, модуль ARP обращается к ARP-серверу с запросом и автоматически получает ответ.

Задания

1. Изучить теоретическую информацию «Коммутируемые сети Ethernet». На основании рисунков 2, 3 разработать алгоритмы работы коммутаторов. Количество коммутаторов и рабочих станций выбрать в соответствии с количеством букв в имени и фамилии.

2. Изучить теоретическую информацию «Порядок назначения IP-адресов и технология CIDR». На основании рисунка 1 описать схему распределения адресного пространства в технологии CIDR. Записать пул адресов для объединения в сеть ПК: 1 вариант – 760 компьютеров, 2 вариант – 1020 компьютеров. Дать пояснение решения.

3. Для классовой IP-адресации, записать все возможные варианты масок сетей класса С и В, пояснить как они высчитываются. Определить IP-адрес сети, если IP-адрес компьютера выглядит следующим образом (таблица 1)

Таблица 1 - IP-адрес компьютера в сети

Вариант	IP-адрес	Маска
1	194.156.1.23	255.255.224.0
2	158.54.78.25	255.255..255.224
3	210.23.59.1	255.255.255.248
4	189.45.263.59	255.255.240.0
5	130.125.178.196	255.255.254.0
6	200.126.147.22	255.255.248.0
7	157.125.149.23	255.255.248.0
8	197.156.11.23	255.255.192.0
9	151.54.78.25	255.248.0.0
10	219.23.59.134	255.255.255.240
11	149.45.263.87	255.192.0.0
12	190.25.178.16	255.255.255.192
13	213.16.17.127	255.255.255.252
14	154.125.145.29	255.255.224.0
15	146.156.41.123	255.255.248.0
16	178.54.73.215	255.255.128.0

4. Записать диапазоны частных адресов и их назначение.