Протокол ARP

Протокол ARP

     В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определя-

 ется  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.

4.1.  ARP-таблица для преобразования адресов

    Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице.  Эта таб-

 лица,  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          08:00:39:00:2F:C3  |

            |     223.1.2.3          08:00:5A:21:A7:22  |

            |     223.1.2.4          08:00:10:99:AC:54  |

            ---------------------------------------------

                    Табл.1. Пример ARP-таблицы

      Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать  десятичными  чис-

 лами, 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 выби-

 раются  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  адап-

 тера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4.2.  Порядок преобразования адресов

    В ходе обычной работы сетевая программа, такая как  TELNET,  отправ-

 ляет  прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP.  Модуль

 TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль  IP.   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.

4.3.  Запросы и ответы протокола ARP

   Как же заполняется ARP-таблица?  Она заполняется автоматически моду-

 лем ARP, по мере необходимости.  Когда с помощью существующей ARP-таблицы

 не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

1)   По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2)   Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждый сетевой адаптер принимает  широковещательные  передачи.   Все

 драйверы  Ethernet  проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и пере-

 дают 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              223.1.2.1           |

     |   Ethernet-адрес отправителя        08:00:39:00:2F:C3   |

     -----------------------------------------------------------

     |   Искомый IP-адрес                  223.1.2.2           |

     |   Искомый Ethernet-адрес            <пусто>             |

     -----------------------------------------------------------

                    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 посы-

 лает 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              223.1.2.2           |

     |   Ethernet-адрес отправителя        08:00:28:00:38:A9   |

     -----------------------------------------------------------

     |   Искомый IP-адрес                  223.1.2.1           |

     |   Искомый Ethernet-адрес            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          08:00:39:00:2F:C3  |

            |     223.1.2.2          08:00:28:00:38:A9  |

            |     223.1.2.3          08:00:5A:21:A7:22  |

            |     223.1.2.4          08:00:10:99:AC:54  |

            ---------------------------------------------

             Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа

 4.4.  Продолжение преобразования адресов

  Новая запись в ARP-таблице  появляется  автоматически,  спустя  нес-

 колько  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:

 1)   По сети передается широковещательный ARP-запрос.

 2)   Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

3)   Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии  IP-  и

 Ethernet-адресов.  Эта информация заносится в ARP-таблицу.

4)   Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у  IP-пакета,  постав-

 ленного в очередь, используется ARP-таблица.

5)   Ethernet-кадр передается по сети Ethernet. 

    Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу  осущест-

 вить  преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходи-

 мая 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  отли-

 чить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с иско-

 мым 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 уничтожа-

 ется, а его восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной  про-

 цесс,  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.