Для чего нужна arp таблица

18.04.202221.04.2022 admin 0 Comments

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!

Источник

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.

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

Источник

Для чего нужна arp таблица

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 &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp статический
224.0.0.251 &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp статический
239.255.255.250 &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp статический

Интерфейс: 192.168.1.133 — 0x1c

адрес в Интернете Физический адрес Тип

192.168.1.1 &nbsp&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp c8-2b-35-9a-a6-1e &nbsp динамический
192.168.1.132 &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp&nbsp 00-11-92-b3-a8-0d &nbsp динамический
192.168.1.255 &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp&nbsp ff-ff-ff-ff-ff-ff &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp&nbsp статический
224.0.0.22 &nbsp&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 01-00-5e-00-00-16 &nbsp статический
224.0.0.251 &nbsp&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 01-00-5e-00-00-fb &nbsp статический
224.0.0.252 &nbsp&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 01-00-5e-00-00-fc &nbsp статический
239.255.255.250 &nbsp &nbsp &nbsp&nbsp 01-00-5e-7f-ff-fa &nbsp &nbsp 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.