ARP — протокол преобразования адресов. ARP: протокол определения адреса

Оценка: 4.86 Голосов: 7 Комментарии: 10

Начнем с теории…

Что такое ARP и зачем это нам

ARP (“Address Resolution Protocol” - протокол определения адреса ) - использующийся в компьютерных сетях протокол низкого уровня, предназначенный для определения адреса канального уровня по известному адресу сетевого уровня. Наибольшее распространение этот протокол получил благодаря повсеместности сетей IP, построенных поверх Ethernet, поскольку практически в 100 % случаев при таком сочетании используется ARP.

ARP протокол работает с MAC адресами. Свой индивидуальный MAC адрес есть у каждой сетевой карты.

MAC-адрес (“Media Access Control” - управление доступом к среде ) - это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

Рис.1. Путь к ARP таблице.

Рис.2. ARP таблица.

На Рисунке 2 мы видим ARP таблицу. В ней три записи, они добавляются автоматически и имеют следующую структуру. IP Adress – это, собственно, IP адрес компьютера сети, MAC Adress – это mac адрес этого же компьютера, и Interface, который указывает за каким интерфейсом находится данный компьютер. Обратите внимание, что напротив всех записей есть буква D. Она означает то, что эта запись динамическая и будет изменена, если изменятся какие-то данные. То есть, если пользователь случайно введет неправильный IP адрес, то просто изменится запись в ARP таблице и больше ничего. Но нам это не подходит. Нам нужно застраховаться от таких случаев. Для этого в ARP таблицу вносятся статические записи. Как это сделать? Существует два способа.

Рис.3. Добавляем Статическую запись первым способом.

Способ первый. Как обычно нажимаем красный плюс. В появившемся окне вводим IP адрес, MAC адрес и выбираем интерфейс, за которым находится данный компьютер.

Рис.4. Добавляем Статическую запись вторым способом.

Способ второй. Выбираем нужную запись, кликаем два раза левой клавишей мыши, в появившемся окне нажимаем кнопку Make Statik . Статическая запись добавлена.

Рис.5. Таблица со статическими записями.

Как видно на рисунке 5 – напротив добавленной записи отсутствует буква D. Это говорит о том, что запись статическая.

Теперь, если пользователь случайно введет не свой адрес, Mikrotik , проверив соответствие IP и МАС адреса в ARP таблице и, не найдя нужной записи, не даст пользователю выйти в интернет, тем самым наведет пользователя на мысль о том, что он, возможно, был не прав и надо бы позвонить администратору.

Еще на что хотелось бы обратить ваше внимани е: эти записи применяются для пакетов проходящих через router.

Маршрутиза́тор или роутер - сетевое устройство, которое принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети на основании информации о топологии сети и определённых правил.

Если нужно, чтобы правила применялись к Bridge(бридж), то в Bridge нужно включить функцию Use IP Firewall (рис.6.).

Бридж - это способ соединения двух сегментов Ethernet на канальном уровне, т.е. без использования протоколов более высокого уровня, таких как IP. Пакеты передаются на основе Ethernet-адресов, а не IP-адресов (как в маршрутизаторе). Поскольку передача выполняется на канальном уровне (уровень 2 модели OSI), все протоколы более высокого уровня прозрачно проходят через мост.

Рис.6 . Включение функции Use IP Firewall.

Евгений Рудченко

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):

arp –s

Вывести записи ARP-таблицы:

arp –a

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.

• тип сети (16 бит): для Ethernet – 1 ;
• тип протокола (16 бит): h0800 для IP ;
• длина аппаратного адреса (8 бит);
• длина сетевого адреса (8 бит);
• тип операции (16 бит): 1 – запрос, 2 - ответ ;
• аппаратный адрес отправителя (переменная длина);
• сетевой адрес отправителя (переменная длина);
• аппаратный адрес получателя (переменная длина);
• сетевой адрес получателя (переменная длина).

А вот как происходит определение маршрута с участием протокола ARP.

Пусть отправитель A и получатель B имеют свои адреса с указанием маски подсети.

1. Если адреса находятся в одной подсети, то вызывается протокол ARP и определяется физический адрес получателя, после чего IP-пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу, соответствующему IP-адресу назначения.
2. Если нет – начинается просмотр таблицы в поисках прямого маршрута.
3. Если маршрут найден, то вызывается протокол ARP и определяется физический адрес соответствующего маршрутизатора, после чего пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу.
4. В противном случае, вызывается протокол ARP и определяется физический адрес маршрутизатора по умолчанию, после чего пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу.

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.

P.S. Эту статью писал я сам, никуда не подглядывая, основываясь только на своих знаниях, полученных в ходе изучения сетей.

Утилита командной строки ARP.EXE присутствует во всех версиях Windows и имеет один и тот же синтаксис. Предназначена для просмотра и изменения записей 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 аппаратного адреса используются для идентификации типа:

Первый бит - одиночный (0) или групповой (1) адрес.

Второй бит - признак универсального (0) или локально администрируемого (1) адреса.

Следующие 22 бита адреса содержат специальный код производителя, обозначаемый как MFG или OUI - универсальный код организации.

Таким образом, в сетях Ethernet, любое сетевое устройство имеет аппаратный адрес, состоящий из двух частей, значение которых зависит от производителя оборудования и конкретного экземпляра устройства. Старшая часть MAC - адреса, централизованно выделяется 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 . Младшая часть MAC-адреса формируется при производстве сетевого устройства, и уникальна для каждого экземпляра.

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 действительности (от нескольких секунд, до нескольких часов). Возраст записи учитывается для того, чтобы обеспечить возможность повторного выполнения процедуры ARP при каком либо изменении соответствия адресов.

Формат командной строки ARP:

ARP -s inet_addr eth_addr

ARP -d inet_addr

ARP -a [-N if_addr] [-v]

Параметры командной строки ARP:

-a -отображает текущие ARP-записи, опрашивая текущие данные протокола. Если задан параметр inet_addr , то будут отображены IP и физические 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 c физическим адресом eth_addr . Физический адрес задается 6 байтами (в шестнадцатеричном виде), разделенными 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 );

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 :

arp -a - отобразить таблицу соответствия IP и MAC адресов для данного компьютера.

arp -a | more - то же, что и в предыдущем случае, но с отображением информации в постраничном режиме.

arp -a > macaddr.txt - отобразить таблицу соответствия IP и MAC адресов для данного компьютера с выводом результатов в текстовый файл macaddr.txt .

Пример содержимого таблицы ARP:

Интерфейс: 127.0.0.1 --- 0x1

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-адреса.

arp -s 192.168.1.1 00-08-00-62-F6-19 - добавить в таблицу ARP запись, задающую соответствие IP адреса 192.168.1.1 и физического адреса 00-08-00-62-F6-19

arp -d 192.168.1.1 - удалить из таблицы ARP запись для IP-адреса 192.168.1.1

arp -d 192.168.1.* - удалить из таблицы ARP записи для диапазона IP-адресов 192.168.1.1 - 192.168.1.254

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.

Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети, или же протокол глобальной сети (X.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ.

В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.

Принцип работы:

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.

Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным.

В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

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.

ARP-таблицы строятся согласно документу RFC-1213 и для каждого IP-адреса содержит четыре кода:

Ifindex - Физический порт (интерфейс), соответствующий данному адресу;

Физический адрес - MAC-адрес, например Ethernet-адрес;

IP-адрес - IP-адрес, соответствующий физическому адресу;

тип адресного соответствия - это поле может принимать 4 значения: 1 - вариант не стандартный и не подходит ни к одному из описанных ниже типов; 2 - данная запись уже не соответствует действительности; 3 - постоянная привязка; 4 - динамическая привязка;

Примет таблицы для технологии Ethernet:

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. 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.

Arp кэш.

Эффективность функционирования ARP во многом зависит от ARP кэша (ARP cache), который присутствует на каждом хосте.

Стандартное время жизни каждой записи в кэше составляет 20 минут с момента создания записи.

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. 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.

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:

По сети передается широковещательный ARP-запрос.

Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

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:

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:

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: