Для чего нужен arp протокол
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.
Что такое ARP? Объясняем на пальцах
Powered by модель OSI
ARP-протокол
Многие называют его протоколом «2,5 уровня»: ARP должен работать поверх уровня ethernet (это условие выполняется), но поверх ARP должен работать хотя бы один протокол сетевого уровня. Однако в ARP не инкапсулируется ни один из протоколов третьего уровня модели OSI. Таким образом получается подобие уровня 2.5, что-то среднее между канальным и сетевым.
Что за ARP-таблица?
Здесь можно обратить внимание на широковещательный адрес ( broadcast ). Поле «адрес назначения Ethernet» заполняется единицами ( ff:ff:ff:ff:ff:ff ). Коммутатор, получив такой широковещательный фрейм, отправляет его всем компьютерам сети, как бы обращаясь ко всем с вопросом: «если Вы владелец этого ip адреса (ip адреса назначения), пожалуйста сообщите мне Ваш mac адрес».
Как это работает?
Один из хостов, которые получили этот широковещательный пакет, видит, что IP-адрес принадлежит ему. И в ответ шлет свой MAC-адрес. Соответственно запись связки IP-MAC заносится в ARP-таблицу. В следующий раз, понятное дело, это операция (для конкретного устройства с этим IP) уже не понадобится.
Наглядно:
Итак. у нас есть два ПК1 и ПК2. Придумаем им IP и MAC-адрес
Давайте из ПК1 запустим команду Ping
ping 192.168.1.2
Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=15ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=15ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=14ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=17ms TTL=57
Ping statistics for 192.168.1.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 14ms, Maximum = 17ms, Average = 15ms
Это очень краткое и поверхностное изложение протокола ARP — далеко не все аспекты работы лежат на поверхности. Дальше — самостоятельная работа. Stay Tuned!
Для чего нужен arp протокол
ARP (англ. Address Resolution Protocol — протокол определения адреса) — протокол в компьютерных сетях, предназначенный для определения MAC-адреса по IP-адресу другого компьютера.
Рассмотрим суть функционирования ARP на простом примере. Компьютер А (IP-адрес 10.0.0.1) и компьютер Б (IP-адрес 10.22.22.2) соединены сетью Ethernet. Компьютер А желает переслать пакет данных на компьютер Б, IP-адрес компьютера Б ему известен. Однако сеть Ethernet, которой они соединены, не работает с IP-адресами. Поэтому компьютеру А для осуществления передачи через Ethernet требуется узнать адрес компьютера Б в сети Ethernet (MAC-адрес в терминах Ethernet). Для этой задачи и используется протокол ARP. По этому протоколу компьютер А отправляет широковещательный запрос, адресованный всем компьютерам в одном с ним широковещательном домене. Суть запроса: «компьютер с IP-адресом 10.22.22.2, сообщите свой MAC-адрес компьютеру с МАС-адресом (напр. a0:ea:d1:11:f1:01)». Сеть Ethernet доставляет этот запрос всем устройствам в том же сегменте Ethernet, в том числе и компьютеру Б. Компьютер Б отвечает компьютеру А на запрос и сообщает свой MAC-адрес (напр. 00:ea:d1:11:f1:11) Теперь, получив MAC-адрес компьютера Б, компьютер А может передавать ему любые данные через сеть Ethernet.
Наибольшее распространение ARP получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP. В семействе протоколов IPv6 ARP не существует, его функции возложены на ICMPv6.
Для чего нужен arp протокол
В TCP/IP не рассматриваются технологии канального и физического уровней, при реальной передаче данных все равно приходится отображать IP адрес на адрес канального уровня.
В сети Ethernet для идентификации источника и получателя информации используются IP и MAC адреса. Информация, пересылаемая от одного компьютера другому по сети, содержит в себе физический адрес отправителя, IP-адрес отправителя, физический адрес получателя и IP-адрес получателя. ARP-протокол обеспечивает связь между этими двумя адресами, поскольку эти два адреса никак друг с другом не связаны.
ARP — протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol) является протоколом третьего (сетевого) уровня модели OSI, используется для преобразования IP-адресов в MAC-адреса, играет важную функцию в множественном доступе сетей. ARP была определена RFC 826 в 1982 году.
Непосредственно связь между IP адресом и MAC адресом осуществляется с помощью так называемых ARP-таблиц, где в каждой строке указывается соответствие IP адреса MAC адресу.
Пример ARP-таблицы в ОС Windowsпредставлен на рисунке.
В ARP-таблице, помимо IP и MAC адреса, еще указывается тип связи, существует два типа записей:
В IPv6 функциональность ARP обеспечивает протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol Протокол Обнаружения Соседей).
RARP (англ. Reverse Address Resolution Protocol — Обратный протокол преобразования адресов) — протокол третьего (сетевого) уровня модели OSI, выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует аппаратный адрес в IP-адрес.
Существует четыре типа ARP-сообщений:
Структура заголовка ARP
Рассмотрим структуру заголовка ARP запроса (request) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark
Рассмотрим структуру заголовка ARP ответа (reply) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark
Команда ARP — просмотр и изменение таблиц ARP.
Утилита командной строки ARP.EXE используется для отображения и изменения таблиц преобразования IP-адресов в физические (MAC — адреса), используемые протоколом разрешения адресов ( Address Resolution Protocol — ARP ).
-a Отображает текущие ARP-записи, опрашивая текущие данные протокола. Если задан inet_addr, то будут отображены IP и физический адреса только для заданного компьютера.
Семейка протокола ARP
Если ARP используют более одного сетевого интерфейса, то будут отображаться записи для каждой таблицы.
-v Отображает текущие ARP-записи в режиме подробного протоколирования. Все недопустимые записи и записи в интерфейсе обратной связи будут отображаться.
inet_addr Определяет IP-адрес.
-N if_addrОтображает ARP-записи для заданного в if_addr сетевого интерфейса.
-d Удаляет узел, задаваемый inet_addr. Параметр inet_addr может содержать знак шаблона * для удаления всех узлов.
-s Добавляет узел и связывает адрес в Интернете inet_addr c физическим адресом eth_addr. Физический адрес задается 6 байтами (в шестнадцатеричном виде), разделенных дефисом. Эта связь является постоянной
eth_addr Определяет физический адрес.
if_addr Если параметр задан, он определяет адрес интерфейса в Интернете, чья таблица преобразования адресов должна измениться. Если параметр не задан, будет использован первый доступный интерфейс.
В IP-сетях существует три способа отправки пакетов от источника к приемнику:
— одноадресная передача (Unicast);
— широковещательная передача (Broadcast);
— многоадресная рассылка (Multicast).
При одноадресной передаче поток данных передается от узла-отправителя на индивидуальный IP-адрес узла-получателя.
Широковещательная передача предусматривает доставку потока данных от узла-отправителя множеству узлов-получателей, подключенных к данному сегменту локальной сети, с использованием широковещательного IP-адреса.
Многоадресная рассылка обеспечивает доставку потока данных группе узлов на IP-адрес группы многоадресной рассылки. Узлы группы могут находиться в данной локальной сети или в любой другой. Узлы для многоадресной рассылки объединяются в группы при помощи протокола IGMP (Internet Group Management Protocol, межсетевой протокол управления группами). Пакеты содержащие в поле назначения заголовка групповой адрес, будут поступать на узлы групп и обрабатываться. Источник многоадресного трафика направляет пакеты многоадресной рассылки не на индивидуальные IP-адреса каждого из узлов-получателей, а на групповой IP-адрес. Групповые адреса определяют произвольную группу IP-узлов, присоединившихся к этой группе и желающих получать адресованный ей трафик. Международное агентство IANA (Internet Assigned Numbers Authority, «Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов Интернета»), которое управляет назначением групповых адресов, выделило для многоадресной рассылки адреса IPv4 класса D в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.
Примеры использования ARP:
Пример содержимого таблицы ARP:
Интерфейс: 127.0.0.1 — 0x1
адрес в Интернете Физический адрес Тип
224.0.0.22                                                     статический
224.0.0.251                                                   статический
239.255.255.250                                           статический
Интерфейс: 192.168.1.133 — 0x1c
адрес в Интернете Физический адрес Тип
192.168.1.1                c8-2b-35-9a-a6-1e   динамический
192.168.1.132            00-11-92-b3-a8-0d   динамический
192.168.1.255            ff-ff-ff-ff-ff-ff            статический
224.0.0.22                  01-00-5e-00-00-16   статический
224.0.0.251                01-00-5e-00-00-fb   статический
224.0.0.252                01-00-5e-00-00-fc   статический
239.255.255.250        01-00-5e-7f-ff-fa     статический
В данном примере присутствуют записи ARP для петлевого интерфейса 127.0.0.1 и реального 192.168.1.133. Петлевой интерфейс не используется для реальной передачи данных и не имеет привязки к аппаратному адресу. Таблица ARP реального интерфейса содержит записи для узлов с адресами 192.168.1.1 и 192.168.1.132, а также записи для широковещательной (MAC-адрес равен ff-ff-ff-ff-ff-ff) и групповых рассылок (MAC-адрес начинается с 01-00-5e ). МАС-адрес групповой рассылки всегда начинается с префикса, состоящего из 24 битов — 01-00-5Е. Следующий, 25-й бит равен 0. Последние 23 бита МАС-адреса формируются из 23 младших битов группового IP-адркса.
Некоторые замечания по практическому использованию команды ARP:
Примеры практического использования ARP для сетевой диагностики.
Весь список команд CMD Windows
Протокол ARP
В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определяется Ethernet-адрес назначения. Для отображения IP-адресов в Ethernet адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol — адресный протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.
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.
| IP-адрес | Ethernet-адрес |
|---|---|
| 223.1.2.1 223.1.2.3 223.1.2.4 | 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-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.
Порядок преобразования адресов
В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP.
Протокол ARP
В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.
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:
Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: «Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес». Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:
| IP-адрес отправителя Ethernet-адрес отправителя | 223.1.2.1 08:00:39:00:2F:C3 |
| Искомый IP-адрес Искомый Ethernet-адрес | 223.1.2.2 |
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 | 223.1.2.2 08:00:28:00:38:A9 |
| Искомый IP-адрес Искомый Ethernet-адрес | 223.1.2.1 08:00:39:00:2F:C3 |
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.
Обновленная таблица выглядит следующим образом:
| IP-адрес | Ethernet-адрес |
|---|---|
| 223.1.2.1 223.1.2.2 223.1.2.3 223.1.2.4 | 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 IPадреса 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.
Некоторые реализации IP и ARP не ставят в очередь IP-пакеты на то время, пока они ждут ARP-ответов. Вместо этого IP-пакет просто уничтожается, а его восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной процесс, работающий через UDP. Такое восстановление выполняется с помощью таймаутов и повторных передач. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы.
Следует отметить, что каждая машина имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса.
[Назад] [Содержание] [Вперед]
Задачи которые позволяет решить эта технология:
Понятие Proxy-ARP можно встретить при конфигурации VPN сервера.
В технологии Frame-Relay существует понятие Inverse-ARP. Как и соответствует из названия, этот протокол явзяется обратным ARP.
Address Resolution Protocol
Суть протокола заключается в преобразовании физического адреса в логический, т.е. IP-адрес. В сети Frame-Relay физическим адресом являестя DLCI.
Очистка и удаление кэша ARP
Очистка кэша ARP через командную строку
Когда компьютеры обращаются к информации DNS, найденные сопоставления имен и адресов временно сохраняются в кэше ARP (Address Resolution Protocol), чтобы в следующий раз при обращении к той же информации не выполнять поиск заново. Эта информация устаревает в соответствии со значением TTL (Time-To-Live), устанавливаемом при ее получении, и по окончании срока жизни такая информация должна быть обновлена.
После получения новой информации устанавливается новое значение TTL. В общем случае эта автоматическая система получения, очистки и обновления информации о сопоставлениях имен и адресов работает хорошо.
Команда ARP — просмотр и изменение таблиц ARP.
Но иногда устаревшая информация успевает вызвать проблемы до того, как она будет сброшена. Так, если на каком-то компьютере изменяется DNS-имя, а значение TTL еще не обнулялось, вы временно лишаетесь возможности найти этот компьютер.
Удаление старой информации о сопоставлениях имен
У администраторов DNS есть в запасе несколько трюков, с помощью которых можно уменьшить негативное влияние смены имен, например задание меньшего значения TTL перед сменой имени, чтобы старая информация удалялась быстрее и не вызывала проблем. Однако вы можете обнаружить, что легче просто избавиться от старых данных и заставить компьютер вновь просматривать информацию в DNS.
Для этого введите netsh interface ip delete arpcache в командной строке или delete arpcache (если контекст Interface IP в Netsh уже установлен). В результате будет удалена информация о сопоставлениях имен и адресов для всех интерфейсов, настроенных на данном компьютере.
Пример использования очистки кеша arp
Если у вас несколько интерфейсов и вы хотите сбросить информацию лишь для одного интерфейса, укажите нужный интерфейс через ИмяИнтерфейса, например:
ARP (Address Resolution Protocol — протокол разрешения адресов) — протокол сетевого уровня (Network Link layer), предназначенный для преобразования IP- адресов (адресов сетевого уровня) в MAC-адрес- адреса (адреса канального уровня) в сетях TCP/IP. Он определён в RFC 826.
Утилита arp:
Протокол arp
Эта команда для всех пунктов состояния задает failed. В дальнейшем ядро операционной системы удалить помеченные MAC адреса. ip neigh flush all