Протоколы ARP, RARP, IP, ICMP. Для чего используется протокол ARP? Протокол ARP

Если машина обменивается информацией с другим равноценным устройством в одной и той же сети, это соединение требует наличия физического или MAC-адреса. Вместе с тем приложение, отвечающее за связь, требует использования какого-либо механизма, способного связать IP-адрес с MAC-адресом.

Этот механизм осуществляется с помощью протоколов разрешения адресов (ARP). Благодаря им происходит трансляция IP-адреса узла назначения, который информирует источник MAC-адреса. Таким образом, протоколы ARP способствуют связи двух устройств при их одновременном подключении в сеть.

Как это работает?

Это означает, что каждый раз, когда машина А хочет послать пакеты данных машине B, A должна послать пакет ARP для запроса MAC-адреса B. Вместе с тем это неизбежно приведет к увеличению нагрузки на сеть и утяжелению трафика.

Для того чтобы уменьшить трафик и затраты на сетевые подключения, компьютеры, использующие ARP-протокол, поддерживают кэш недавно приобретенных адресов привязки IP_to_MAC, то есть они не должны использовать ARP повторно.

Вместе с тем некоторые уточнения ARP возможны: когда машина А хочет послать данные машине B, возможно, что B собирается посылать ответные данные А в ближайшем будущем. Поэтому, чтобы избежать использования ARP для машины B, A должна сохранить его связующий адрес IP_to_MAC в специальном пакете при запросе на MAC-адрес B. Так как A передает свой первоначальный запрос на MAC-адрес B, каждая машина в сети должна извлекать и хранить в своем кэше адрес IP_to_MAC.

Когда устройство находится в сети (например, если операционная система перезагружается), оно может транслировать адрес связывания так, что все другие машины могут сохранить его в своих настройках. Это позволит не использовать повторно протоколы ARP, которые могли бы понадобиться при подключении других новых устройств.

Пример отображения использования протокола разрешения адресов

Можно рассмотреть сценарий, когда компьютер пытается связаться с некоторыми удаленными устройствами, и ранее никакого обмена IP между ними не осуществлялось. Именно поэтому должен быть применен ARP-протокол - чтобы определить MAC-адрес удаленной машины.

Сообщение запроса ARP (который идет от IP-адреса A.A.A.A к B.B.B.B) транслируется по локальной сети с типом протокола Ethernet. Протоколы ARP исходят от всех машин, кроме целевой, которая направляет ответное сообщение на запрос. Этот ответ содержит в себе IP-адрес B.B.B.B, т.е. аппаратный адрес источника Ethernet, после чего будет налажена связь между устройствами.

Протокол ARP и его назначение - выводы

Как можно увидеть из описания выше, протокол разрешения адресов используется для наладки взаимодействия между различными устройствами в сети. Другими словами, это технология, без которой нормальное подключение не представляется возможным. Но возможна ли работа протокола ARP без других параметров сети? Определенно, невозможна. Поэтому следует рассмотреть другие протоколы, играющие важную роль.

Протокол восстановления обратного адреса

RARP является протоколом, по которому физический компьютер в локальной сети может запросить свой IP-адрес из таблицы Address Resolution Protocol или кэш-сервера шлюза. создает таблицу в шлюзе или маршрутизаторе локальной сети, которая отображает физический адрес машины (или адрес управления доступом к среде - MAC) относительно соответствующего протокола. Когда новое устройство подключается в сеть, его RARP-клиент создает на сервере запрос для отправки его IP-адреса. Предполагая, что запись была создана в таблице маршрутизатора, сервер RARP возвращает IP-адрес на машину, которая может хранить его для дальнейшего использования. Таким образом, протокол разрешения адресов ARP непрерывно связан с RARP.

Детальный механизм

И машина, которая выдает запрос, и сервер, который отвечает на него - все они используют физические сетевые адреса во время сеанса связи. Как правило, запрашивающая сторона не знает физический адрес. Таким образом, запрос транслируется на все машины в сети. Затем запрашивающая сторона должна идентифицировать себя по отношению к серверу. Для этого может быть использован серийный номер CPU или физический адрес сетевой машины. При этом использование физического адреса в качестве уникального идентификатора имеет два преимущества.

Эти адреса всегда доступны и не должны быть связаны в коде начальной загрузки.
Поскольку идентифицирующая информация зависит от сети, а не от поставщика CPU, все машины по данной сети будет иметь уникальные идентификаторы.

Действие RARP во времени

Так как RARP использует физическую сеть напрямую, никакое другое программное обеспечение протокола не будет отвечать на запрос или ретранслировать его. Программное обеспечение RARP должно единолично справиться с этими задачами. Некоторые рабочие станции, которые полагаются на RARP для загрузки, могут неоднократно повторять попытку неопределенное время, пока не получат ответ. Другие реализации имеют отказ после нескольких попыток, чтобы избежать перегрузки сети ненужными трансляциями.

Протоколы IP/ICMP/ARP

Протокол ICMP связывает механизм, шлюзы и хосты, которые используются для управления соединением или получения отчета об ошибках. Интернет-протокол обеспечивает сигнал, идущий от шлюза к шлюзу, пока не достигнет точки, которая может доставить его непосредственно в конечный пункт назначения. Если шлюз не может направлять или доставлять данные, или же он обнаруживает такое необычное состояние, как перегрузка сети, он должен выдать сообщение об этом, чтобы принять меры, позволяющие избежать или исправить эту проблему.

Сообщений (ICMP) позволяет шлюзам осуществлять передачу ошибок или управлять сообщениями для других шлюзов или хостов. Таким образом, ICMP обеспечивает связь между протоколами Интернет на обоих соединяемых компьютерах.

Этот специальный механизм был добавлен разработчиками в дополнение к TCP/IP-протоколам. Он позволяет использовать шлюзы в Интернете, чтобы сообщить об ошибках или предоставить информацию о чрезвычайных обстоятельствах. Сам по себе IP-протокол не содержит ничего, что может помочь проверить связь с отправителем или узнать о сбоях.

Протоколы TCP/IP

TCP/IP-протоколы предоставляют средства, способные помочь сетевым администраторам или пользователям идентифицировать проблемы сети. Один из наиболее часто используемых инструментов отладки вызывает запрос ICMP и получает ответное сообщение. В то же время хост или шлюз посылает эхо-сообщение с запросом ICMP на указанный адрес. Любая машина, которая получает эхо-запрос, формулирует отклик и возвращает к исходному отправителю. При этом ответ содержит копию данных, передаваемых в запросе, а также связанный с ними отклик.

Этот протокол может быть использован для проверки того, доступен ли адресат и возможна ли с ним связь. В свою очередь, протоколы ARP - это используемые в дополнение к TCP/IP и необходимые для осуществления корректной связи между устройствами в сети.

Всем привет! Сегодня я расскажу, как посмотреть arp таблицу в Windows. Что такое arp - это протокол распознавания адреса, предназначен для преобразования IP-адресов в MAC-адреса, часто называемые также физическими адресами. Ранее я уже рассказывал, как выглядит arp таблица cisco . Думаю, что многим коллегам, кто только начинает знакомиться с сетевой инфраструктурой данной операционной системы, данная информация окажет хорошее подспорье, для формирования фундамента. Тут главное понимать принцип работы и назначения, все остальное уже нюансы различных вендоров.

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 шестнадцатеричных 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.

В сетях нет однозначного соответствия между физическим адресом сетевого интерфейса (MAC адресом сетевой карты) и его IP-адресом. Поиск по IP-адресу соответствующего Ethernet-адреса производится протоколом ARP, функционирующим на уровне доступа к среде передачи. Протокол поддерживает в оперативной памяти динамическую arp-таблицу в целях кэширования полученной информации. Открываем в Windows командную строку .

Как посмотреть arp таблицу

Вводим команду

Где вы слева видите ip адрес, а правее видите Физический адрес (mac адрес). Это и есть arp таблица windows.

По умолчанию данный кэш живет 300 секунд

очистка arp таблицы

Делается с помощью команды

И видим,произошла очистка arp таблицы

Как добавить свою запись в arp таблицу

Делается это с помощью команды

arp -s 157.55.85.212 00-aa-00-62-c6-09

Увеличиваем время жизни arp записи Windows 7 по 10

Давайте рассмотрим на примере Windows 8.1 как можно увеличить время жизни arp записей, для чего это может быть нужно, ну, чтобы разгрузить сеть лишним трафиком, если у вас в сети мало, что меняется. Делается это все через реестр Windows

Нажимаем Win+R и вводим regedit и переходим в ветку

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

Тут вам для изменения периода хранения данных в кэше ARP, нужно создать Параметр DWORD, если у вас разрядность системы 32, то создаем 32, если 64, то такой же.

Задаем имя ArpCacheLife и ставим значение в секундах, после чего нужно перезагрузиться и у вас поменяется время жизни arp записи.

Вот полная справка команды arp

Отображение и изменение таблиц преобразования IP-адресов в физические,
используемые протоколом разрешения адресов (ARP).

ARP -s inet_addr eth_addr
ARP -d inet_addr
ARP -a [-N if_addr] [-v]

-a Отображает текущие ARP-записи, опрашивая текущие данные протокола. Если задан inet_addr, то будут отображены IP и физический адреса только для заданного компьютера. Если ARP используют более одного сетевого интерфейса, то будут отображаться записи для каждой таблицы.
-g То же, что и параметр -a.
-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_addr Отображает 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 с 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.

RARP

Reverse ARP, обратный ARP протокол служит для того, чтобы по имеющемуся MAC адресу узнать IP адрес. Этот протокол используется в бездисковых машинах (https://ru.wikipedia.org/wiki/Бездисковая_рабочая_станция), загружающихся по сети. Первым делом такая машина должна узнать свой IP адрес, и параметры сети, чтобы она могла обратиться по сети, допустим к TFTP серверу, с которого она будет скачивать загрузочную запись. Единственное, что знает о себе эта машина - её MAC адрес.

Сетевая утилита ARP.EXE

Утилита командной строки ARP.EXE присутствует во всех версиях Windows и имеет один и тот же синтаксис.

Команда ARP позволяет просматривать и изменять записи в кэш ARP (Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов), который представляет собой таблицу соответствия IP-адресов аппаратным адресам сетевых устройств. Аппаратный адрес - это уникальный, присвоенный при изготовлении, 6-байтный адрес сетевого устройства, например сетевой карты. Этот адрес также часто называют MAC-адресом (Media Access Control - управление доступом к среде) или Ethernet-адресом. В сетях Ethernet передаваемые и принимаемые данные всегда содержат MAC-адрес источника (Source MAC) и MAC-адрес приемника (Destination MAC). Два старших бита MAC-адреса используются для идентификации типа адреса:

первый бит - одиночный (0) или групповой (1) адрес.
второй бит - признак универсального (0) или локально администрируемого (1) адреса.
cледующие 22 бита адреса содержат специальный код производителя MFG или OUI - универсальный код организации.

Другими словами, любое сетевое устройство имеет аппаратный адрес, состоящий из 2- х частей. Старшую часть MAC - адреса, централизованно выделяемую по лицензии каждому производителю сетевого оборудования. Например, 00:E0:4C - для сетевых устройств REALTEK SEMICONDUCTOR CORP. Крупным производителям сетевого оборудования обычно принадлежит несколько диапазонов OUI . И младшую часть MAC-адреса, которая формируется при производстве оборудования, и уникальна для каждого экземпляра устройства.

Любое сетевое устройство имеет аппаратный адрес, состоящий из 2-х частей:

Старшую часть MAC - адреса, централизованно выделяемую по лицензии каждому производителю сетевого оборудования. Например, 00:E0:4C - для сетевых устройств REALTEK SEMICONDUCTOR CORP. Крупным производителям сетевого оборудования обычно принадлежит несколько диапазонов OUI .
Младшую часть MAC-адреса, которая формируется при производстве оборудования, и уникальна для каждого экземпляра устройства.

Отображение IP-адресов (формируемых программным путем), в аппаратные адреса, выполняется с помощью следующих действий:

в сеть отправляется широковещательный запрос (ARP-request), принимаемый всеми сетевыми устройствами. Он содержит IP и Ethernet адреса отправителя, а также, целевой IP-адрес, для которого выполняется определение MAC-адреса.
каждое устройство, принявшее запрос проверяет соответствие целевого IP-адреса, указанного в запросе, своему собственному IP-адресу. При совпадении, отправителю передается ARP-ответ (ARP-Reply), в котором содержатся IP и MAC адреса ответившего узла. Кадр с ARP-ответом содержит IP и MAC адреса как отправителя, так и получателя-составителя запроса.
информация, полученная в ARP-ответе, заносится в ARP-кэш и может использоваться для обмена данными по IP-протоколу для данного узла. ARP-кэш представляет собой таблицу в оперативной памяти, каждая запись в которой содержит IP, MAC и возраст их разрешения. Возраст записи учитывается для того, чтобы обеспечить возможность повторного выполнения процедуры ARP при каком либо изменении соответствия адресов.

Синтаксис ARP.EXE :

arp[-a [-NIfaceAddr]] [-g [-NIfaceAddr]] [-dInetAddr ] [-sInetAddr EtherAddr ]

a[ InetAddr] [ -NIfaceAddr] - ключ -a - отображает текущую таблицу ARP для всех интерфейсов. Для отображения записи конкретного IP-адреса используется ключ -a с параметром InetAdd , в качестве которого указывается IP-адрес. Если узел, отправляющий ARP-запрос имеет несколько сетевых интерфейсов, то для отображения таблицы ARP нужного интерфейса, можно использовать ключ -N с параметром IfaceAddr, в качестве которого используется IP-адрес интерфейса.
g[ InetAddr] [ -NIfaceAddr] - ключ -g идентичен ключу -a.
d InetAddr[ IfaceAddr] - используется для удаления записей из ARP-кэш. Возможно удаление по выбранному IP или полная очистка ARP кэш. Для удаления всех записей, вместо адреса используется символ * Если имеется несколько сетевых интерфейсов, то очистку можно выполнить для одного из них, указав в поле IfaceAddr его IP.
s InetAddr EtherAddr [ IfaceAddr] - используется для добавления статических записей в таблицу ARP. Статические записи хранятся в ARP-кэш постоянно. Обычно, добавление статических записей используется для сетевых устройств, не поддерживающих протокол ARP или не имеющих возможности ответить на ARP- запрос.
/? - получение справки по использованию arp.exe. Аналогично - запуск arp.exe без параметров.

Примеры практического использования .

arp -a - отобразить все записи таблицы ARP.
arp -a 192.168.0.9 - отобразить запись, соответствующую IP-адресу 192.168.0.9
arp -a 192.168.1.158 -N 192.168.1.1 - отобразить таблицу ARP для адреса 192.168.1.158 на сетевом интерфейсе 192.168.1.1
arp -a -N 10.164.250.148 - отобразить все записи таблицы ARP на сетевом интерфейсе 10.164.250.148.
arp -s 192.168.0.1 00-22-15-15-88-15 - добавить в таблицу ARP статическую запись, задающую соответствие IP - адреса 192.168.0.1 и MAC-адреса 00-22-15-15-88-15
arp -s 192.168.0.1 00-22-15-15-88-15 192.168.0.56 - то же самое, что и в предыдущем случае, но с указанием сетевого интерфейса, для которого выполняется добавление статической записи.
arp -d 192.168.1.1 192.168.1.56 удаление записи из таблицы ARP для IP-адреса 192.168.1.1 на сетевом интерфейсе 192.168.1.56
arp -d * - полная очистка таблицы ARP. Аналогично - arp -d без параметров. Если имеется несколько сетевых интерфейсов, то очистка может быть выполнена только для одного из них - arp -d * 192.168.0.56.

Некоторые замечания по практическому использованию команды ARP:

разрешение адресов по протоколу ARP выполняется только при операциях передачи данных по протоколу IP .
время жизни записей в таблице ARP ограничено, поэтому, перед просмотром ее содержимого для конкретного адреса нужно выполнить ping на этот адрес.
если ответ на ping не приходит, а запись для данного IP-адреса присутствует в таблице ARP, то этот факт можно интерпретировать как блокировку ICMP-пакетов брандмауэром пингуемого узла.
невозможность подключения к удаленному узлу по протоколам TCP или UDP при наличии записей в таблице ARP для целевого IP, может служить признаком отсутствия служб обрабатывающих входящие подключения, или их блокировки брандмауэром (закрытые порты).
ARP протокол работает в пределах локального сегмента сети. Поэтому, если выполнить ping на внешний узел (например ping yandex.ru), то в таблице ARP будет присутствовать запись для IP - адреса маршрутизатора, через который выполняется отправка пакета во внешнюю сеть.

При использовании команды ARP для отображения таблицы, не помещающейся на экране, удобно пользоваться командой постраничного вывода more или перенаправлением стандартного вывода в файл:

arp -a | more
arp -a > C:\myarp.txt

Ранее говорилось, что порт или интерфейс, с помощью которого маршрутизатор подключен к сети, рассматривается как часть этой сети. Следовательно, интерфейс маршрутизатора, подключенный к сети, имеет тот же IP-адрес, что и сеть (рис. 6.12). Поскольку маршрутизаторы, как и любые другие устройства, принимают и отправляют данные по сети, они также строят ARP-таблицы, в которых содержатся отображения IP-адресов на МАС-адреса.

Рисунок 6.11. RARP-сервер откликается на IP запрос от рабочей станции с МАС-адресом 08-00-20-67-92-89

Рисунок 6.12. IP-адреса приводятся в соответствие с МАС-адресами с помощью ARP-таблиц.

Маршрутизатор может быть подключен к нескольким сетям или подсетям. Вообще, сетевые устройства имеют наборы только тех МАС- и IP-адресов, которые регулярно повторяются. Короче говоря, это означает, что типичное устройство содержит информацию об устройствах своей собственной сети. При этом об устройствах за пределами собственной локальной сети известно очень мало. В то же время маршрутизатор строит таблицы, описывающие все сети, подключенные к нему. В результате ARP-таблицы маршрутизаторов могут содержать МАС- и IP-адреса устройств более чем одной сети (6.13). Кроме карт соответствия IP-адресов МАС адресам в таблицах маршрутизаторов содержатся отображение портов (рис. 6.14)

Что происходит если пакет данных достигает маршрутизатора, который не подключен к сети назначения пакета? Кроме МАС и IP-адресов устройств тех сетей, к которым подключен данный маршрутизатор, он еще содержит МАС- и IP-адреса других маршрутизаторов. Маршрутизатор использует эти адреса для направления данных конечному получателю (рис.6.15). При получении пакета, адрес назначения которого отсутствует в таблице маршрутизации, маршрутизатор направляет этот пакет по адресам других маршрутизаторов, которые, возможно, содержат в своих таблицах маршрутизации информацию о хост-машине пункта назначения.

Рисунок 6.14. Порты также заносятся в таблицу маршрутизации

Шлюз по умолчанию

Если источник расположен в сети с номером, который отличается от номера сети назначения, и источник не знает МАС-адрес получателя, то для того, чтобы доставить данные получателю, источник должен воспользоваться услугами маршрутизатора. Если маршрутизатор используется подобным образом, то его называют шлюзом по умолчанию (default gateway). Чтобы воспользоваться услугами шлюза по умолчанию, источник инкапсулирует данные, помещая в них в качестве МАС-адреса назначения МАС-адрес маршрутизатора. Так как источник хочет доставить данные устройству, а не маршрутизатору, то в заголовке в качестве IP-адреса назначения используется IP-адрес устройства, а не маршрутизатора (рис. 6.16). Когда маршрутизатор получает данные, он убирает информацию канального уровня, использованную при инкапсуляции. Затем данные передаются на сетевой уровень, где анализируется IP-адрес назначения. После этого маршрутизатор сравнивает IP-адрес назначения с информацией, которая содержится в таблице маршрутизации. Если маршрутизатор обнаруживает отображение IP-адреса пункта назначения на соответствующий МАС-адрес и приходит к выводу, что сеть назначения подключена к одному из его портов, он инкапсулирует данные, помещая в них информацию о новом МАС-адресе, и передает их по назначению.

Рисунок 6.15. Данные переправляются маршрутизатором к пункту их назначения

Рисунок 6.16. Для доставки данных используются IP-адрес пункта назначения

Резюме

Все устройства в локальной сети должны следить за ARP-запросами, но только те устройства, чей IP-адрес совпадает с IP-адресом, содержащимся в запросе, должны откликнуться путем сообщения своего MAC-адреса устройству, создавшему запрос.
Если IP-адрес устройства совпадает с IP-адресом, содержащимся в ARP-запросе, устройство откликается, посылая источнику свой МАС-адрес. Эта процедура называется ARP-ответом.
Если источник не может обнаружить МАС-адрес пункта назначения в своей ARP-таблице, он создает ARP-запрос и отправляет его в широковещательном режиме всем устройствам в сети.
Если устройство не знает собственного IP-адреса, оно использует протокол RARP.
Когда устройство, создавшее RARP-запрос, получает ответ, оно копирует свой IP-адрес в кэш-память, где этот адрес будет храниться на протяжении всего сеанса работы.
Маршрутизаторы, как и любые другие устройства, принимают и отправляют данные по сети, поэтому они также строят ARP-таблицы, в которых содержатся отображения IP-адресов на МАС-адреса.
Если источник расположен в сети с номером, который отличается от номера сети назначения, и источник не знает МАС-адрес получателя, то для того, чтобы доставить данные получателю, источник должен использовать маршрутизатор в качестве шлюза по умолчанию.

Глава 7 Топологии

В этой главе:

Определение понятия топология
Шинная топология, ее преимущества и недостатки
Топология "звезда", ее преимуществ и недостатки
Внешние терминаторы
Активные и пассивные концентраторы
Характеристики топологии "расширенная звезда", определение
длины кабеля для топологии "звезда" и способы увеличения размеров области охватываемой сетью с топологией "звезда”
Аттенюация

Введение

В главе 6, "ARP и RARP”, было рассказано, каким образом устройства в локальных сетях используют протокол преобразования адреса ARP перед отправкой данных получателю. Было также выяснено, что происходит, если устройство в одной сети не знает адреса управления доступом к среде передачи данных (МАС-цреса) устройства в другой сети. В этой главе рассказывается о топологиях, используемых при создании сетей.

Топология

В локальной вычислительной сети (ЛВС) все рабочие станции должны быть соединены между собой Если в ЛВС входит файл-сервер, он также должен быть подключен к рабочим станциям. Физическая схема, которая описывает структуру локальной сети, называется топологией В этой главе описываются три типа топологий шинная, “звезда" и "расширенная звезда" (рис 71 , 72)

Рисунок 7.1. Шинная топология типична для ЛВС Ethernet, включая 10Base2 и 10BaseS

Рисунок 7.2. Топология «звезда» типична для сетей Ethernet и Token Ring, которые используют в качестве центра сети концентратор, коммутатор или повторитель

Шинная топология

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема (рис. 7.3). Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Лекция 6

ARP и RARP

Что такое ARP

ARP-запросы, ARP-таблицы, ARP-ответы и кадры ARP-запросов

Обновление ARP-таблиц RARP

RARP-серверы, RARP-запросы и кадры RARP-ответов

Какие межсетевые устройства имеют ARP-таблицы

Определение шлюза по умолчанию

ARP (англ. Address Resolution Protocol – протокол разрешения адресов) - протокол сетевого уровня (англ. Network Link layer), предназначенный для преобразования IP-адресов (адресов сетевого уровня) в MAC-адреса (адреса канального уровня) в сетях TCP/IP.

Протоколы определяют, передаются ли данные через сетевой уровень к верхним уровням эталонной модели OSI. В основном, для того чтобы это произошло, необходимо, чтобы пакет данных содержал MAC- и IP-адрес пункта назначения. Если в пакете данных отсутствует один из этих адресов, данные не будут переданы на верхние уровни Таким образом, MAC- и IP-адрес служат для своего рода проверки и дополнения друг друга Когда отправитель определил IP-адрес получателя (рис 6 1), он смотрит в свою ARP-таблицу, для того чтобы узнать его МАС-адрес. Если источник обнаруживает, что MAC- и IP-адрес получателя присутствуют в его таблице, он устанавливает соответствие между ними, а затем использует их в ходе инкапсуляции данных После этого пакет данных по сетевой среде отправляется адресату (рис 6 2).

Рис.6.1. Источник сверяется со своей ARP-таблицей после того, как определит IP-адрес пункта назначения

Рис. 6.2. Данные принимаются получателем, после того как установлено соответствие между MAC- и IP-адресами и инкапсулированы банные

ARP-запросы

В примере, показанном на рис. 6.3, отправитель хочет отправить данные другому устройству. Он знает IP-адрес получателя, но МАС-адрес получателя в его ARP-таблице отсутствует. Поэтому устройство инициирует процесс, называемый ARP-запросом, который позволяет определить этот МАС-адрес. Сначала устройство создает пакет ARP-запроса и посылает его всем устройствам в сети. Для того чтобы пакет ARP-запроса был замечен всеми устройствами в сети, источник использует МАС-адрес широковещания. Адрес широковещания, используемый в схеме МАС-адресации, имеет значение F во всех разрядах. Таким образом, МАС-адрес широковещания имеет вид FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Рис. 6.3. Отправитель не может обнаружить МАС-адрес получателя в своей ARP-таблице

ARP-запросы структурированы определенным способом. Поскольку протокол ARP функционирует на нижних уровнях эталонной модели OSI, сообщение, в котором содержится ARP-запрос, должно быть инкапсулировано внутри кадра протокола аппаратных средств. Таким образом, кадр ARP-запроса состоит из двух частей: заголовка и ARP-сообщения (рис. 6.4).

Рис 6.4. Кадр ARP-запроса состоит из заголовка и ARP-сообщения

МАС-за головок

Кроме того, заголовок кадра разделен на MAC- и IP-заголовок (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Заголовок кадра состоит MAC- и IP-заголовка

ARP-ответы

Поскольку пакет ARP-запроса посылается в режиме широковещания, его принимают все устройства в локальной сети и передают для анализа на сетевой уровень. Если IP-адрес устройства соответствует IP-адресу пункта назначения, содержащемуся в ARP-запросе, устройство откликается путем отправки источнику своего МАС-адреса. Этот процесс называется ARP-ответом. В примере, показанном на рис. 6.3, источник 197.15.22.33 запрашивает МАС-адрес получателя, имеющего IP-адрес 197.15.22.126. Получатель 197.15.22.126 принимает ARP-запрос и откликается путем отправки ARP-ответа, содержащего его МАС-адрес.

Рис. 6.6. Структура ARP-ответа включает MAC- и IP-заголовок, а также сообщение ARP-ответа.

Когда устройство, создавшее ARP-запрос, получает ответ, оно извлекает МАС-адрес из МАС-заголовка и обновляет свою ARP-таблицу. Теперь, когда устройство имеет всю нужную ему информацию, оно может добавить к данным MAC- и IP-адрес пункта назначения. Устройство использует эту новую структуру кадра для инкапсуляции данных перед отправкой их по сети (рис. 6.7).

Когда данные достигают адресата, производится сравнение на канальном уровне. Канальный уровень убирает МАС-заголовок и передает данные на следующий уровень эталонной модели OSI - сетевой. Сетевой уровень анализирует данные и обнаруживает, что его IP-адрес соответствует IP-адресу назначения, содержащемуся в IP-заголовке данных. Сетевой уровень убирает IP-заголовок и передает данные следующему более высокому уровню - транспортному (уровень 4). Этот процесс повторяется, пока остаток пакета не достигнет приложения, где данные будут прочитаны.

Рис.6.7. Перед отправкой данных через сеть данные инкапсулируются с использованием новой структуры кадра

ARP-таблицы

Любое устройство в сети, принимающее широковещательный ARP-запрос, видит содержащуюся в нем информацию. Устройства используют информацию от источника для обновления своих таблиц. Если бы устройства не содержали ARP-таблиц, процесс создания ARP-запросов и ответов имел бы место каждый раз, когда устройство хотело передать данные другому устройству в сети. Это было бы чрезвычайно неэффективно и могло бы привести к слишком большому трафику в сети. Чтобы избежать этого, каждое устройство имеет свою ARP-таблицу.

Некоторые устройства поддерживают таблицы, в которых содержатся MAC- и IP-адреса всех устройств, подключенных к той же сети. Эти таблицы - просто разделы в оперативной памяти каждого устройства. Они называются ARP-таблицами, поскольку содержат карту соответствия IP-адресов МАС-адресам (рис. 6.8). В большинстве случаев ARP-таблицы кэшируются в памяти и поддерживаются автоматически. Ситуации, когда сетевой администратор модифицирует записи в ARP-таблице вручную, редки. Каждый компьютер в сети содержит собственную ARP-таблицу. Каждый раз, когда устройство хочет передать данные по сети, оно использует для этого информацию, содержащуюся в его ARP-таблице.

ARP-таблицы должны периодически обновляться, чтобы оставаться актуальными. Процесс обновления таблиц включает не только добавление, но и удаление информации. Поскольку отправка данных по сети возможна только при использовании последней, наиболее свежей информации, устройства удаляют все данные из ARP-таблицы, возраст которых превышает установленный. Этот процесс называют удалением по возрасту.

Чтобы заменить информацию, удаленную из таблицы, устройство постоянно выполняет обновления с помощью сведений, получаемых как от собственных запросов, так и от запросов, поступающих от других устройств в сети. Тот факт, что протокол ARP позволяет устройствам поддерживать рабочие ARP-таблицы актуальными, помогает в ограничении объема широковещательного трафика в локальной сети.

Как было сказано выше, для того, чтобы сетевое устройство могло отправить данные на уровень 4 (транспортный) эталонной модели OSI, необходимы и MAC-, и IP-адрес. Таким образом, MAC- и IP-адрес служат для проверки и дополнения друг друга. Чтобы получатель, принимающий данные, знал, кто их отправил, пакет данных должен содержать MAC- и IP-адреса источника. А что произойдет, если источник знает свой МАС-адрес, но не знает своего IP-адреса? Протокол, который используют устройства, если не знают своего IP-адреса, называется протоколом обратного преобразования адреса (Reverse Address Resolution Protocol, RARP). Как и ARP, RARP связывает МАС-адреса с IP-адресами, чтобы сетевое устройство могло использовать их для инкапсуляции данных перед отправкой в сеть. Для использования данного протокола в сети должен присутствовать RARP-сервер, отвечающий на RARP-запросы (рис 6.9).

RARP-запросы

Представим, что источник хочет послать данные другому устройству. Однако источник знает свой МАС-адрес, но не может обнаружить собственный IP-адрес в своей ARP-таблице. Чтобы получатель мог оставить у себя данные, передать их на верхние уровни эталонной модели OSI и распознать устройство, которое отправило данные, источник должен включить в пакет данных свои MAC- и IP-адреса. Поэтому источник инициирует процесс, называемый RARP-запросом, позволяющий ему определить собственный IP-адрес. Для этого устройство создает пакет RARP-запроса и посылает его в сеть. Для того чтобы пакет ARP-запроса был замечен всеми устройствами в сети, источник использует IP-адрес широковещания.

RARP-запросы имеют такую же структуру, как и ARP-запросы (рис. 6.10). Следовательно, RARP-запрос состоит из MAC- и IP-заголовка, а также сообщения RARP-запроса. Единственное отличие в формате RARP-пакета заключается в том, что заполнены МАС-адреса источника и получателя, а поле IP-адреса источника - пустое. Поскольку сообщение передается в режиме широковещания, т.е. всем устройствам в сети, адрес назначения записывается в виде всех двоичных единиц.

Рис. 6.10. АКР- и RARP-запросы и имеют одинаковую структуру

Так как RARP-запрос посылается в режиме широковещания, его видят все устройства в сети. Однако только специальный RARP-сервер может отозваться на RARP-запрос. RARP-сервер служит для отправки RARP-ответа, в котором содержится IP-адрес устройства, создавшего RARP-запрос.

RARP-ответы

RARP-ответы имеют такую же структуру, как и ARP-ответы. RARP-ответ состоит из сообщения RARP-ответа, MAC- и IP-заголовка. Когда устройство, создавшее RARP-запрос, получает ответ, оно обнаруживает свой IP-адрес. На рис. 6.11 показано, что происходит в ситуации, когда сервер с IP-адресом 197 .15.22.126 откликается на IP-запрос от бездисковой рабочей станции с МАС-адресом 08-00-20-67-92-89. Когда устройство, создавшее RARP-запрос, получает ответ, оно копирует свой IP-адрес в кэш-память, где тот будет храниться на протяжении всего сеанса работы. Однако, когда терминал будет выключен, эта информация снова исчезнет. Пока же сеанс продолжается, бездисковая рабочая станция, создавшая запрос, может использовать полученную таким способом информацию для отправки и приема данных.

Маршрутизаторы и ARP-таблицы

Рис. 6.12. IP-адреса приводятся в соответствие с МАС-адресами с помощью ARP-таблиц.

Маршрутизатор может быть подключен к нескольким сетям или подсетям. Вообще, сетевые устройства имеют наборы только тех MAC- и IP-адресов, которые регулярно повторяются. Короче говоря, это означает, что типичное устройство содержит информацию об устройствах своей собственной сети. При этом об устройствах за пределами собственной локальной сети известно очень мало. В то же время маршрутизатор строит таблицы, описывающие все сети, подключенные к нему. В результате ARP-таблицы маршрутизаторов могут содержать MAC- и IP-адреса устройств более чем одной сети (6.13). Кроме карт соответствия IP-адресов МАС-адресам в таблицах маршрутизаторов содержатся отображения портов (рис. 6.14).

Что происходит, если пакет данных достигает маршрутизатора, который не подключен к сети назначения пакета? Кроме MAC- и IP-адресов устройств тех сетей, к которым подключен данный маршрутизатор, он еще содержит MAC- и IP-адреса других маршрутизаторов. Маршрутизатор использует эти адреса для направления данных конечному получателю (рис. 6.15). При получении пакета, адрес назначения которого отсутствует в таблице маршрутизации, маршрутизатор переправляет этот пакет по адресам других маршрутизаторов, которые, возможно, содержат в своих таблицах маршрутизации информацию о хост-машине пункта назначения.

Шлюз по умолчанию

Когда маршрутизатор получает данные, он убирает информацию канального уровня, использованную при инкапсуляции. Затем данные передаются на сетевой уровень, где анализируется IP-адрес назначения. После этого маршрутизатор сравнивает IP-адрес назначения с информацией, которая содержится в таблице маршрутизации. Если маршрутизатор обнаруживает отображение IP-адреса пункта назначения на соответствующий МАС-адрес и приходит к выводу, что сеть назначения подключена к одному из его портов, он инкапсулирует данные, помещая в них информацию о новом МАС-адресе, и передает их по назначению.

Резюме

v Все устройства в локальной сети должны следить за ARP-запросами, но только те устройства, чей IP-адрес совпадает с IP-адресом, содержащимся в запросе, должны откликнуться путем сообщения своего MAC-адреса устройству, создавшему запрос.

v Если IP-адрес устройства совпадает с IP-адресом, содержащимся в ARP-запросе, устройство откликается, посылая источнику свой МАС-адрес. Эта процедура называется ARP-ответом.

v Если источник не может обнаружить МАС-адрес пункта назначения в своей ARP-таблице, он создает ARP-запрос и отправляет его в широковещательном режиме всем устройствам в сети.

v Если устройство не знает собственного IP-адреса, оно использует протокол RARP.

v Когда устройство, создавшее RARP-запрос, получает ответ, оно копирует свой IP-адрес в кэш-память, где этот адрес будет храниться на протяжении всего сеанса работы.

v Маршрутизаторы, как и любые другие устройства, принимают и отправляют данные по сети, поэтому они также строят ARP-таблицы, в которых содержатся отображения IP-адресов на МАС-адреса.

v Если источник расположен в сети с номером, который отличается от номера сети назначения, и источник не знает МАС-адрес получателя, то для того, чтобы доставить данные получателю, источник должен использовать маршрутизатор в качестве шлюза по умолчанию.

Контрольные вопросы

1. Какой Internet-протокол используется для отображения IP-адресов на МАС-адреса?

2. Кто инициирует ARP-запросы?

A. Устройство, которое не может обнаружить IP-адрес назначения в своей ARP-таблице.

B. RARP-сервер, в ответ на запрос устройства, работающего со сбоями.

C. Бездисковые рабочие станции с пустым кэшем.