Для чего arp таблица
Протокол ARP и «с чем его едят» (дополнено)
Спасибо хабраюзеру hardex за публикацию первоначальной статьи, а также всем, кто плюсанул в карму для возможности моей собственноручной публикации. Теперь дополненная версия с учетом пожеланий и дополнений. Добро пожаловать под кат.
Доброго времени суток, дорогие хабраюзеры. Этой статьей я хочу начать цикл повествования о протоколах, которые помогают нам прозрачно, быстро и надежно обмениваться информацией. И начать с протокола ARP.
Как известно, адресация в сети Internet представляет собой 32-битовую последовательность 0 и 1, называющихся IP-адресами. Но непосредственно связь между двумя устройствами в сети осуществляется по адресам канального уровня (MAC-адресам).
Так вот, для определения соответствия между логическим адресом сетевого уровня (IP) и физическим адресом устройства (MAC) используется описанный в RFC 826 протокол ARP (Address Resolution Protocol, протокол разрешения адресов).
ARP состоит из двух частей. Первая – определяет физический адрес при посылке пакета, вторая – отвечает на запросы других станций.
Протокол имеет буферную память (ARP-таблицу), в которой хранятся пары адресов (IP-адрес, MAC-адрес) с целью уменьшения количества посылаемых запросов, следовательно, экономии трафика и ресурсов.
Пример ARP-таблицы.
192.168.1.1 08:10:29:00:2F:C3
192.168.1.2 08:30:39:00:2F:C4
Слева – IP-адреса, справа – MAC-адреса.
Прежде, чем подключиться к одному из устройств, IP-протокол проверяет, есть ли в его ARP-таблице запись о соответствующем устройстве. Если такая запись имеется, то происходит непосредственно подключение и передача пакетов. Если же нет, то посылается широковещательный ARP-запрос, который выясняет, какому из устройств принадлежит IP-адрес. Идентифицировав себя, устройство посылает в ответ свой MAC-адрес, а в ARP-таблицу отправителя заносится соответствующая запись.
Записи ARP-таблицы бывают двух вид видов: статические и динамические. Статические добавляются самим пользователем, динамические же – создаются и удаляются автоматически. При этом в ARP-таблице всегда хранится широковещательный физический адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF (в Linux и Windows).
Создать запись в ARP-таблице просто (через командную строку):
Вывести записи ARP-таблицы:
После добавления записи в таблицу ей присваивается таймер. При этом, если запись не используется первые 2 минуты, то удаляется, а если используется, то время ее жизни продлевается еще на 2 минуты, при этом максимально – 10 минут для Windows и Linux (FreeBSD – 20 минут, Cisco IOS – 4 часа), после чего производится новый широковещательный ARP-запрос.
Сообщения ARP не имеют фиксированного формата заголовка и при передаче по сети инкапсулируются в поле данных канального уровня
Формат сообщения ARP.
А вот как происходит определение маршрута с участием протокола ARP.
Пусть отправитель A и получатель B имеют свои адреса с указанием маски подсети.
Главным достоинством проткола ARP является его простота, что порождает в себе и главный его недостаток – абсолютную незащищенность, так как протокол не проверяет подлинность пакетов, и, в результате, можно осуществить подмену записей в ARP-таблице (материал для отдельной статьи), вклинившись между отправителем и получателем.
Бороться с этим недостатком можно, вручную вбивая записи в ARP-таблицу, что добавляет много рутинной работы как при формировании таблицы, так и последующем ее сопровождении в ходе модификации сети.
Существуют еще протоколы InARP (Inverse ARP), который выполняет обратную функцую: по заданному физическому адресу ищется логический получателя, и RARP (Reverse ARP), который схож с InARP, только он ищет логический адрес отправителя.
В целом, протокол ARP универсален для любых сетей, но используется только в IP и широковещательных (Ethernet, WiFi, WiMax и т.д.) сетях, как наиболее широко распространенных, что делает его незаменимым при поиске соответствий между логическими и физическими адресами.
Протоколы ARP, RARP, ICMP, IGMP
1. Протокол преобразования адресов ARP
1.1. Назначение протокола ARP. ARP-таблицы. Статические и динамические записи ARP-таблиц, ARP-кэш
4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен. Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью arp-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера. Не трудно видеть, что существует проблема отображения физического адреса (6 байт для Ethernet ) в пространство сетевых IP-адресов (4 байта) и наоборот.
ARP-таблица для преобразования адресов
Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.
08:00:39:00:2F:C3
08:00:5A:21:A7:22
08:00:10:99:AC:54
Табл.1. Пример ARP-таблицы
Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.
ARP Кэш
Эффективность функционирования ARP во многом зависит от ARP кэша (ARP cache ), который присутствует на каждом хосте. В кэше содержатся Internet адреса и соответствующие им аппаратные адреса. Стандартное время жизни каждой записи в кэше составляет 20 минут с момента создания записи.
1.2. Схема работы протокола ARP
ARP предоставляет динамическое сопоставление IP адресов и соответствующих аппаратных адресов. Мы используем термин динамическое, так как это происходит автоматически и обычно не зависит от используемых прикладных программ или воли системного администратора. Порядок преобразования адресов
Запросы и ответы протокола ARP
Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:
IP-адрес отправителя
Ethernet-адрес отправителя
Искомый IP-адрес
Искомый Ethernet-адрес
Табл.2. Пример ARP-запроса
Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: «Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес». Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:
IP-адрес отправителя
Ethernet-адрес отправителя
Искомый IP-адрес
Искомый Ethernet-адрес
Табл.3. Пример ARP-ответа
Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.
Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.
Обновленная таблица выглядит следующим образом:
08:00:39:00:2F:C3
08:00:28:00:38:A9
08:00:5A:21:A7:22
08:00:10:99:AC:54
Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа
Продолжение преобразования адресов
Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IP адреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети. Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:
Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.
Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.
Уполномоченный агент ARP
Рисунок 4.6 Пример уполномоченного ARP.
1.3. Формат пакета ARP
На рисунке показан формат ARP запроса и формат ARP отклика, в случае использования Ethernet и IP адресов. (ARP можно использовать в других сетей, при этом он способен устанавливать соответствие не только для IP адресов. Первые четыре поля, следующие за полем типа фрейма, указывают на типы и размеры заключительных четырех полей.)
Двухбайтовый тип фрейма ( frame type ) Ethernet указывает, данные какого типа, пойдут следом. Для ARP запроса или ARP отклика это поле содержит 0x0806.
Выражения аппаратный ( hardware ) и протокол ( protocol ) используются для описания полей в пакетах ARP. Например, ARP запрос запрашивает аппаратный адрес (в данном случае Ethernet адрес) соответствующий адресу протокола (в данном случае IP адрес).
Поле op указывает на тип операции: ARP запрос (значение устанавливается в 1), ARP отклик (2), RARP запрос (3) и RARP отклик (4). Это поле необходимо, так как поля типа фрейма ( frame type ) одинаковы для ARP запроса и ARP отклика.
Следующие четыре поля: аппаратный адрес отправителя ( Ethernet адрес в данном примере), адрес протокола (IP адрес), аппаратный адрес назначения и адрес протокола назначения. Обратите внимание, что в данном случае происходит некоторое дублирование информации: аппаратный адрес отправителя может быть получен как из Ethernet заголовка, так и из ARP запроса.
Для ARP запроса все поля заполнены, за исключением аппаратного адреса назначения. Когда система получает ARP запрос, который предназначается ей, она вставляет свой аппаратный адрес, меняет местами адреса источника и назначения, устанавливает поле op в значение 2 и отправляет отклик.
Еще одна разновидность протокола ARP служит для того, чтобы один и тот же сетевой префикс адреса можно было использовать для двух сетей. Этот протокол называется смешанным протоколом ARP ( proxy ). Предположим, мы имеем сеть из четырех ЭВМ (1-4; рис. 4.4.7.1), которую бы мы хотели соединить с другой сетью из четырех ЭВМ (5-8), причем так, чтобы машины взаимодействовали друг с другом так, будто они принадлежат одной сети. Решить эту проблему можно, соединив эти сети через маршрутизатор M, работающий в соответствии со смешанным протоколом ARP (функционально это IP-мост). Маршрутизатор знает, какая из машин принадлежит какой физической сети. Он перехватывает широковещательные ARP-запросы из сети 1, относящиеся к сети 2, и наоборот. Во всех случаях в качестве физического адреса маршрутизатор возвращает свой адрес. В дальнейшем, получая дейтограммы, он маршрутизирует их на физические адреса по их IP-адресам.
Рис. 4.4.7.1. Использование протокола proxy ARP
2. RARP.
2.1. Назначение протокола R ARP
Когда загружается система с локальным диском, она обычно получает свой IP адрес из конфигурационного файла, который считывается с диска. Однако для систем, не имеющих диска, таких как X терминалы или бездисковые рабочие станции, требуются другой способ определения собственного IP адреса.
Каждая система в сети имеет уникальный аппаратный адрес, который назначается производителем сетевого интерфейса (сетевой платы). Принцип работы RARP заключается в том, что бездисковая система может считать свой уникальный аппаратный адрес с интерфейсной платы и послать RARP запрос (широковещательный фрейм в сеть), где потребует кого-нибудь откликнуться и сообщить IP адрес (с помощью RARP отклика).
Протокол (и сервер) RARP обеспечивает определение IP адреса по MAC адресу (например, при загрузке устройства, не имеющего возможности хранить свой собственный IP адрес), т.е. Выполняет функции обратные протоколу ARP. Уникальный MAC адрес обеспечивается изготовителем устройства.
RARP используется большинством бездисковых систем при загрузке, для получения свох IP адресов. Формат пакета RARP практически идентичен пакету ARP. Запрос RARP широковещательный, в нем содержится аппаратный адрес отправителя, при этом он спрашивает кого-либо послать ему его IP адрес. Отклик обычно персональный.
Проблемы с RARP заключаются в том, что он использует широковещательные запросы на канальном уровне, поэтому большинство маршрутизаторов не могут перенаправлять RARP запросы; а также в том, что передается минимум необходимой информации: только IP адрес системы. В главе 16 мы увидим, что BOOTP сообщает значительно больше информации необходимой при загрузке бездисковых систем: IP адрес, имя хоста, с которого происходит загрузка, и так далее.
Несмотря на то что концепция RARP довольно проста, реализация RARP сервера зависит от системы. Также надо отметить, что не все TCP/IP реализации предоставляют RARP сервер.
2.2. Формат RARP-сообщения
Единственное отличие заключается в том, что поле тип фрейма ( frame type ) для запроса или отклика RARP установлено в 0x8035, а поле op имеет значение 3 для RARP запроса и значение 4 для RARP отклика.
RARP запрос является широковещательным, а RARP отклик обычно персональный.
3. Протокол ICMP.
3.1. Назначение протокола ICMP
ICMP-сообщения обычно автоматически отправляются в следующих случаях.
IP-датаграмма не может попасть к узлу назначения.
IP-маршрутизатор (шлюз) не может перенаправлять датаграммы с текущей скоростью передачи.
IP-маршрутизатор перенаправляет узел-отправитель на другой, более выгодный маршрут к узлу назначения.
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP ( Internet Control Message Protocol ) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.
3.2. Формат ICMP-пакета
Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.
Поле типа может иметь следующие значения:
Эхо-ответ ( Echo Replay )
Узел назначения недостижим ( Destination Unreachable )
Подавление источника ( Source Quench )
Перенаправление маршрута ( Redirect )
Эхо-запрос ( Echo Request )
Истечение времени дейтаграммы ( Time Exceeded for a Datagram )
Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)
Запрос отметки времени ( Timestamp Request )
Ответ отметки времени ( Timestamp Replay )
Запрос маски (Address Mask Request)
Ответ маски (Address Mask Replay)
Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.
3.3. Утилита ping
Она отправляет запросы Echo-Request протокола ICMP указанному узлу сети и фиксирует поступающие ответы (ICMP Echo-Reply ). Время между отправкой запроса и получением ответа (RTT, от англ. Round Trip Time ) позволяет определять двусторонние задержки (RTT) по маршруту и частоту потери пакетов, то есть косвенно определять загруженности каналов передачи данных и промежуточных устройств.
Также пингом называется время, затраченное на передачу пакета информации в компьютерных сетях от клиента к серверу и обратно от сервера к клиенту, измеряется в миллисекундах. Время пинга связано со скоростью соединения и загруженностью каналов на всём протяжении от клиента к серверу.
3.4. Утилита traceroute
Принцип работы traceroute
Процесс повторяется до тех пор, пока при определённом значении TTL пакет не достигнет целевого узла. При получении ответа от этого узла процесс трассировки считается завершённым.
4. Протокол IGMP.
4.1. Назначение протокола IGMP
Рис. 4.4.9.1. Соотношение мультикастинговых MAC- и IP-адресов
При групповой адресации один и тот же пакет может быть доставлен заданной группе ЭВМ. Членство в этой группе может динамично меняться со временем. Любая ЭВМ может войти в группу и выйти из группы в любое время по своей инициативе. В то же время ЭВМ может быть членом большого числа таких групп. ЭВМ может посылать пакеты членам группы, не являясь им сама. Каждая группа имеет свой адрес класса D (рис. 4.4.9.2, см. также рис. 4.4.9.1).
Рис. 4.4.9.2. Формат группового адреса
Таблица 4.4.9.1. Коды мультикастинг-процессов
ЭВМ не может ни посылать, ни принимать данные
ИТ База знаний
Полезно
— Онлайн генератор устойчивых паролей
— Онлайн калькулятор подсетей
— Руководство администратора FreePBX на русском языке
— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке
— Руководство администратора по Linux/Unix
Навигация
Серверные решения
Телефония
FreePBX и Asterisk
Настройка программных телефонов
Корпоративные сети
Протоколы и стандарты
В семиуровневой модели OSI на различных уровнях имеются разные типы адресов. На канальном это MAC-адрес, а на сетевом это IP-адрес. И для того чтобы установить соответствие между этими адресами используется протокол Address Resolution Protocol – ARP. Именно о нем мы поговорим в этой статье.
Онлайн курс по Кибербезопасности
Изучи хакерский майндсет и научись защищать свою инфраструктуру! Самые важные и актуальные знания, которые помогут не только войти в ИБ, но и понять реальное положение дел в индустрии
Адресация
Адреса 2-го уровня используются для локальных передач между устройствами, которые связаны напрямую. Адреса 3-го уровня используются устройств, которые подключены косвенно в межсетевой среде. Каждая сеть использует адресацию для идентификации и группировки устройств, чтобы передачи прошла успешно. Протокол Ethernet использует MAC-адреса, которые привязаны к сетевой карте.
Чтобы устройства могли общаться друг с другом, когда они не находятся в одной сети MAC-адрес должен быть сопоставлен с IP-адресом. Для этого сопоставления используются следующие протоколы:
Address Resolution Protocol
Устройству 3го уровня необходим протокол ARP для сопоставления IP-адреса с MAC-адресом, для отправки IP пакетов. Прежде чем устройство отправит данные на другое устройство, оно заглянет в свой кеш ARP где хранятся все сопоставления IP и MAC адресов, чтобы узнать, есть ли MAC-адрес и соответствующий IP-адрес для устройства, которому идет отправка. Если записи нет, то устройство-источник отправляет широковещательное сообщение каждому устройству в сети чтобы узнать устройству с каким MAC-адресом принадлежит указанный IP-адрес. Все устройства сравнивают IP-адрес с их собственным и только устройство с соответствующим IP-адресом отвечает на отправляющее устройство пакетом, содержащим свой MAC-адрес. Исходное устройство добавляет MAC-адрес устройства назначения в свою таблицу ARP для дальнейшего использования, создает пакет с новыми данными и переходит к передаче.
Проще всего работу ARP иллюстрирует эта картинка:
Первый компьютер отправляет broadcast сообщение всем в широковещательном домене с запросом “У кого IP-адрес 10.10.10.2? Если у тебя, то сообщи свой MAC-адрес” и на что компьютер с этим адресом сообщает ему свой MAC.
Когда устройство назначения находится в удаленной сети, устройства третьего уровня одно за другим, повторяют тот же процесс, за исключением того, что отправляющее устройство отправляет ARP-запрос для MAC-адреса шлюза по умолчанию. После того, как адрес будет получен и шлюз по умолчанию получит пакет, шлюз по умолчанию передает IP-адрес получателя по связанным с ним сетям. Устройство уровня 3 в сети где находится устройство назначения использует ARP для получения MAC-адреса устройства назначения и доставки пакета.
Кэширование ARP
Поскольку сопоставление IP-адресов с MAC-адресами происходит на каждом хопе в сети для каждой дейтаграммы, отправленной в другую сеть, производительность сети может быть снижена. Чтобы свести к минимуму трансляции и ограничить расточительное использование сетевых ресурсов, было реализовано кэширование протокола ARP.
Статические и динамические записи в кеше ARP
Существуют записи статического ARP-кэша и записи динамического ARP-кэша. Статические записи настраиваются вручную и сохраняются в таблице кеша на постоянной основе. Статические записи лучше всего подходят для устройств, которым необходимо регулярно общаться с другими устройствами, обычно в одной и той же сети. Динамические записи хранятся в течение определенного периода времени, а затем удаляются.
Для статической маршрутизации администратор должен вручную вводить IP-адреса, маски подсети, шлюзы и соответствующие MAC-адреса для каждого интерфейса каждого устройства в таблицу. Статическая маршрутизация обеспечивает больший контроль, но для поддержания таблицы требуется больше работы. Таблица должна обновляться каждый раз, когда маршруты добавляются или изменяются.
Динамическая маршрутизация использует протоколы, которые позволяют устройствам в сети обмениваться информацией таблицы маршрутизации друг с другом. Таблица строится и изменяется автоматически. Никакие административные задачи не требуются, если не добавлен лимит времени, поэтому динамическая маршрутизация более эффективна, чем статическая маршрутизация.
Устройства, которые не используют ARP
Когда сеть делится на два сегмента, мост соединяет сегменты и фильтрует трафик на каждый сегмент на основе MAC-адресов. Мост создает свою собственную таблицу адресов, которая использует только MAC-адреса, в отличие от маршрутизатора, который имеет кэш ARP адресов, который содержит как IP-адреса, так и соответствующие MAC-адреса.
Inverse ARP
Inverse ARP (InARP), который по умолчанию включен в сетях ATM, строит запись карты ATM и необходим для отправки одноадресных пакетов на сервер (или агент ретрансляции) на другом конце соединения. Обратный ARP поддерживается только для типа инкапсуляции aal5snap. Для многоточечных интерфейсов IP-адрес может быть получен с использованием других типов инкапсуляции, поскольку используются широковещательные пакеты.
Reverse ARP
Proxy ARP
Прокси-ARP был реализован для включения устройств, которые разделены на физические сегменты сети, подключенные маршрутизатором в той же IP-сети или подсети для сопоставления адресов IP и MAC. Когда устройства не находятся в одной сети канала передачи данных (2-го уровня), но находятся в одной и той же IP-сети, они пытаются передавать данные друг другу, как если бы они находились в локальной сети. Однако маршрутизатор, который отделяет устройства, не будет отправлять широковещательное сообщение, поскольку маршрутизаторы не передают широковещательные сообщения аппаратного уровня. Поэтому адреса не могут быть сопоставлены.
Прокси-сервер ARP включен по умолчанию, поэтому «прокси-маршрутизатор», который находится между локальными сетями, отвечает своим MAC-адресом, как если бы это был маршрутизатор, к которому адресована широковещательная передача. Когда отправляющее устройство получает MAC-адрес прокси-маршрутизатора, он отправляет данные на прокси-маршрутизатор, который по очереди отправляет данные на указанное устройство.
Proxy ARP вызывается следующими условиями:
Когда proxy ARP отключен, устройство отвечает на запросы ARP, полученные на его интерфейсе, только если IP-адрес назначения совпадает с его IP-адресом или если целевой IP-адрес в ARP-запросе имеет статически настроенный псевдоним ARP.
Serial Line Address Resolution Protocol
Serial Line ARP (SLARP) используется для последовательных интерфейсов, которые используют инкапсуляцию High Link Level Link Control (HDLC). В дополнение к TFTP-серверу может потребоваться сервер SLARP, промежуточное (промежуточное) устройство и другое устройство, предоставляющее услугу SLARP. Если интерфейс напрямую не подключен к серверу, промежуточное устройство требуется для пересылки запросов сопоставления адреса на сервер. В противном случае требуется напрямую подключенное устройство с сервисом SLARP.
Полный курс по Сетевым Технологиям
В курсе тебя ждет концентрат ТОП 15 навыков, которые обязан знать ведущий инженер или senior Network Operation Engineer