Протокол ARP. Отображение канального уровня на уровень межсетевого обмена

Прежде чем начать описание протокола ARP необходимо сказать несколько слов о протоколе Ethernet.

Технология Ethernet. Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Размер

адреса Ethernet - 6 байтов. Каждый сетевой адаптер имеет свой сетевой адрес. Адаптер "слушает" сеть, принимает

адресованные ему кадры и широковещательные кадры с адресом FF:FF:FF:FF:FF:FF, отправляет кадры в сеть.

Технология Ethernet реализует метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением

столкновений. Этот метод предполагает, что все устройства взаимодействуют в одной среде. В каждый момент

времени передавать может только одно устройство, а все остальные только слушать. Если два или более устройств

пытаются передать кадр одновременно, то фиксируется столкновение и каждое устройство возобновляет попытку

передачи кадра через случайный промежуток времени. Одним словом, в каждый момент времени в сегменте узла

сети находится только один кадр.

Понятно, что чем больше компьютеров подключено в сегменте Ethernet, тем больше столкновений будет

зафиксировано и тем медленнее будет работать сеть. Кроме того, если в сети стоит сервер, к которому часто

обращаются, то это также снизит общую производительность сети.

Важной особенностью интерфейса Ethernet является то, что каждая интерфейсная карта имеет свой уникальный

адрес. Каждому производителю карт выделен свой пул адресов в рамках которого он может выпускать карты.

Согласно протоколу Ethernet, каждый интерфейс имеет 6-ти байтовый адрес. Адрес записывается в виде шести

групп шестнадцатиричных цифр по две в каждой (шестнадцатеричная записи байта). Первые три байта называются

префиксом, и именно они закреплены за производителем. Каждый префикс определяет 224 различных

комбинаций, что равно почти 17-ти млн. адресам.

Протокол ARP (RFC 826). Address Resolution Protocol используется для определения соответствия IP-адреса адресу

Ethernet. Протокол используется в локальных сетях. Отображение осуществляется только в момент отправления IP-

пакетов, так как только в этот момент создаются заголовки IP и Ethernet. Отображение адресов осуществляется

путем поиска в ARP-таблице. Упрощенно, ARP-таблица состоит из двух столбцов:

IP-адрес Ethernet-адрес

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

В первом столбце содержится IP-адрес, а во втором Ethernet-адрес. Таблица соответствия необходима, так как

адреса выбираются произвольно и нет какого-либо алгоритма для их вычисления. Если машина перемещается в

другой сегмент сети, то ее ARP-таблица должна быть изменена.

􀀍􀁠􀂈􀃌􀁩􀁠􀃊􀃜􀂈􀃌􀂅􀃊􀀖􀂘􀁶􀂈􀃝􀃊􀀪􀀌􀀓􀃊􀀍􀁠􀂈􀃌􀂜􀃀􀃊

􀂇􀃊􀁶􀃀􀁩􀁩􀃊􀁶􀂜􀃀􀃊􀂘􀂜􀂘􀂇􀁖􀂜􀂓􀂓􀁩􀃀􀁖􀂈􀀾􀂏􀃊􀃕􀃃􀁩􀂰

􀀯􀂜􀃊􀃀􀁩􀂓􀂜􀃛􀁩􀃊􀃌􀂅􀂈􀃃􀃊􀂘􀂜􀃌􀂈􀁖􀁩􀁝􀃊􀃛􀂈􀃃􀂈􀃌􀁜􀃊

􀃜􀃜􀃜􀂰��􀁖􀁩􀂘􀂈􀂰􀁖􀂜􀂓􀃉􀃕􀂘􀂏􀂜􀁖􀂎􀂰􀂅􀃌􀂓

Информационные сети

ARP-таблица заполняется автоматически, что хорошо видно из приведенного ранее примера. Если нужного адреса в

таблице нет, то в сеть посылается широковещательный запрос типа "чей это IP-адрес?". Все сетевые интерфейсы

получают этот запрос, но отвечает только владелец адреса. При этом существует два способа отправки IP-пакета,

для которого ищется адрес: пакет ставится в очередь на отправку или уничтожается. В первом случае за отправку

отвечает модуль ARP, а во втором случае модуль IP, который повторяет посылку через некоторое время.

Широковещательный запрос выглядит так:

IP-адрес отправителя 223.1.2.1

Ethernet-адрес отправителя 08:00:39:00:2F:C3

Искомый IP-адрес 222.1.2.2

Искомый Ethernet-адрес <пусто>

Ответ машины, чей адрес ищется, будет выглядеть следующим образом:

IP-адрес отправителя 222.1.2.2

Ethernet-адрес отправителя 08:00:28:00:38:А9

IP-адрес получателя 223.1.2.1

Ethernet-адрес получателя 08:00:39:00:2F:C3

Полученный таким образом адрес будет добавлен в ARP-таблицу.

Следует отметить, что если искомого IP-адреса нет в локальной сети и сеть не соединена с другой сетью шлюзом, то

разрешить запрос не удается. IP-модуль будет уничтожать такие пакеты, обычно по time-out (превышен лимит

времени на разрешение запроса). Модули прикладного уровня, при этом, не могут отличить физического

повреждения сети от ошибки адресации.

Однако в современной сети Internet, как правило, запрашивается информация с узлов, которые реально в

локальную сеть не входят. В этом случае для разрешения адресных коллизий и отправки пакетов используется

модуль IP.

Если машина соединена с несколькими сетями, т.е. она является шлюзом, то в таблицу ARP вносятся строки,

которые описывают как одну, так и другую IP-сети. При использовании Ethernet и IP каждая машина имеет как

минимум один адрес Ethernet и один IP-адрес. Собственно Ethernet-адрес имеет не компьютер, а его сетевой

интерфейс. Таким образом, если компьютер имеет несколько интерфейсов, то это автоматически означает, что

каждому интерфейсу будет назначен свой Ethernet-адрес. IP-адрес назначается для каждого драйвера сетевого

интерфейса. Грубо говоря, каждой сетевой карте Ethernet соответствуют один Ethernet-адрес и один IP-адрес. IP-

адрес уникален в рамках всего Internet.