Протокол ARP

Для определения физического адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol (ARP). Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети. [1]

Протокол ARP позволяет динамически определить МАС-адрес по IP-адресу. МАС-адрес – это уникальный серийный номер, присваиваемый каждому сетевому устройству для идентификации его в сети, так же называется физическим или аппаратным адресом. Протокол локальной сети, поддерживаемый в лабораторной работе – Ethernet. В Ethernet сетях, использующих стек TCP/IP, сетевой интерфейс имеет физический адрес длиной в 48 бит. Кадры, которыми обмениваются на канальном уровне, должны содержать аппаратный адрес сетевого интерфейса. Однако TCP/IP использует собственную схему адресации: 32-битные IP-адреса. Значение IP-адреса приемника недостаточно, чтобы отправить дейтаграмму этому хосту. Драйвер Ethernet должен знать МАС-адрес интерфейса назначения, чтобы послать туда данные. В задачу ARP входит обеспечение динамического соответствия между 32-битными IP-адресами и 48-битными МАС-адресами, используемыми различными сетевыми технологиями. Протокол ARP работает в пределах одной подсети и автоматически запускается, когда возникает необходимость преобразования IP-адреса в аппаратный адрес. [2]

Работа протокола ARP поясняется на рис. 4.25.

Рис. 4.25 ARP-запрос и ARP-ответ

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP-запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, 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 и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

Для того чтобы уменьшить количество посылаемых запросов ARP, каждое устройство в сети, использующее протокол ARP, должно иметь специальную буферную память. В ней хранятся пары адресов (IP-адрес, физический адрес) устройств в сети. Всякий раз, когда устройство получает ARP-ответ, оно сохраняет в буферной памяти соответствующую пару. Если адрес есть в списке пар, то нет необходимости посылать ARP-запрос. Эта буферная память называется ARP-таблицей.

В ARP-таблице могут содержаться как статические, так и динамические записи. Динамические записи добавляются и удаляются автоматически, статические заносятся вручную.

Так как большинство устройств в сети поддерживает динамическое разрешение адресов, то администратору, как правило, нет необходимости вручную указывать записи протокола ARP в таблице адресов.

Каждая запись в ARP-таблице имеет свое время жизни. Политики очистки ARP-таблицы продиктованы используемой операционной системой. При добавлении записи для нее активируется таймер.

Сообщения протокола ARP при передаче по сети инкапсулируются в поле данных кадра. Они не содержат IP-заголовка. В отличие от сообщений большинства протоколов, сообщения ARP не имеют фиксированного формата заголовка. Это объясняется тем, что протокол был разработан таким образом, чтобы он был применим для разрешения адресов в различных сетях. [3]

ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети. На рис. 4.26 показана структура пакета запросов и ответов. [4]

Рис. 4.26 Формат пакета ARP

· Network Type – тип канального протокола

Для Ethernet – 1.

· Protocol - протокол сетевого уровня

· HAL - длина канального адреса

· PAL - длина сетевого адреса

· Operation - тип операции (1 – запрос, 2 – ответ)

Узел, отправляющий ARP-запрос, заполняет в пакете все поля, кроме поля искомого локального адреса. Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP-адрес.