Протоколы ARP и RARP

Белорусский государственный  университет

информатики и  радиоэлектроники.

 

 

Контрольная работа № 2 по курсу

«Компьютерные сети (включая основы энергосбережения)»

на тему «Протоколы ARP и RARP».

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы 702021с,

факультета ФНиДО,

специальность «Информатика»

Левкевич Антон Геннадьевич.

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск, 2010

Введение

IP адреса имеют какое-либо  значение только в семействе  протоколов TCP/IP. Канальные уровни, такие  как Ethernet или Token ring, имеют собственную  схему адресации (в основном 48-битные  адреса); сетевые уровни, в свою  очередь, используют эти канальные  уровни. Сеть Ethernet, может быть использована  различными сетевыми уровнями  в одно и то же время. Компьютеры, использующие разные сетевые протоколы, могут находиться на одном и том же физическом кабеле.

Когда фрейм Ethernet отправляется от одного хоста по локальной сети к другому, по его 48-битному Ethernet адресу определяется, к какому интерфейсу он должен быть доставлен. Драйвер сетевой  платы никогда не смотрит на IP адрес назначения в IP-пакете.

Другими словами возникает  необходимость установить соответствие между двумя различными формами  адресов: 32-битными IP адресами и каким-либо типом адресов канального уровня.

На рисунке 1 показаны два протокола, которые мы рассмотрим далее: протокол определения адреса (ARP - Address Resolution Protocol) и обратный протокол определения адреса (RARP - Reverse Address Resolution Protocol).

 

Рисунок 1. Протоколы определения адреса: ARP и RARP. 

 

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.

Вариации ARP-протокола

ARP изначально был разработан  не только для IP протокола,  но в настоящее время в основном  используется для сопоставления  IP- и MAC-адресов.

ARP также можно использовать  для разрешения MAC-адресов для  различных адресов протоколов 3-го уровня. ARP был адаптирован также для разрешения других видов адресов 2-го уровня; например, ATMARP используется для разрешения ATM NSAP адресов в Classical IP over ATM протоколе.

Процесс получения физического  адреса

Пусть какой-нибудь протокол уровня приложений использует TCP как свой транспорт и хочет обратиться к удалённому хосту. Для этого eму будет необходимо разрешить его IP-адрес. Покажем, как это происходит:

1. TCP посылает запрос на установление соединения удаленному хосту, посылая IP-пакет по указанному IP адресу.
2. Если хост назначения подключен к сети (Ethernet, Token ring, или к другому концу канала точка-точка), IP пакет может быть послан непосредственно хосту. Если хост назначения находится в удалённой сети, IP маршрутизатор определяет Internet адрес непосредственно подключенного маршрутизатора следующей пересылки, чтобы послать туда IP пакет. В обоих случаях IP-пакет посылается либо хосту, либо маршрутизатору, подключенные непосредственно к данной сети.
3. Если используется Ethernet, посылающий хост должен конвертировать 32-битный адрес в 48-битный Ethernet адрес. Или другими словами, осуществить преобразование из логического Internet адреса в соответствующий физический аппаратный адрес. Этим и занимается ARP. ARP работает в широковещательных сетях, где много хостов или маршрутизаторов подключено к одной и той же сети.
4. ARP посылает фрейм Ethernet, который называется ARP-запрос (ARP request), каждому хосту в сети. Подобный метод рассылки называется широковещательным запросом. ARP запрос содержит IP адрес хоста назначения и запрос «если Вы владелец этого IP адреса, пожалуйста, сообщите мне Ваш аппаратный адрес».
5. Хост назначения на ARP уровне получает этот широковещательный запрос, определяет, что отправитель спрашивает именно его IP адрес, и отвечает на него ARP откликом (ARP reply). Этот отклик содержит IP адрес и соответствующий аппаратный адрес.
6. ARP отклик принимается, и IP пакет, из-за которого начался обмен ARP запрос - ARP отклик, может быть послан.
7. IP пакет отправляется на хост назначения.

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 10 минут (так для Linux и Windows систем, для FreeBSD – 20 мин.) с момента создания записи.

Содержимое ARP кэша можно  увидеть с использованием UNIX-команды arp. Опция -a показывает все записи, содержащиеся в кэше:

 

myhost# arp -a 
remotehost1 (140.252.13.33) at 8:0:20:3:f6:42 
removehost2 (140.252.13.34) at 0:0:c0:c2:9b:26

Формат кадра ARP

На рисунке 2 показан формат ARP запроса и формат ARP отклика, в случае использования Ethernet и IP адресов. ARP можно использовать и в других сетях, 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.

Рисунок 2. Формат ARP запроса или отклика при работе с Ethernet. 

 

Два первых поля в Ethernet заголовке - поля источника и назначения Ethernet. Специальный адрес назначения Ethernet, состоящий из всех единиц, означает широковещательный адрес. Фреймы с  таким адресом будут получены всеми Ethernet интерфейсами в этой локальной сети.

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 hard type указывает на тип аппаратного адреса. Для Ethernet это значение равно единице. Prot type указывает тип адреса протокола, к которому будет приведено соответствие. Для IP адресов используется значение 0x0800. По своему целевому назначению это значение соответствует полю типа во фрейме Ethernet, который содержит IP-пакет.

Два следующих однобайтных  поля, hard size и prot size, указывают на размеры в байтах аппаратного адреса и адреса протокола. В ARP запросах и откликах они составляют 6 для Ethernet и 4 для IP адреса.

Поле op указывает на тип операции: ARP запрос (значение устанавливается в 1), ARP отклик (2), RARP запрос (3) и RARP отклик (4) (читайте о протоколе RARP в следующем разделе). Это поле существенно, 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. 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.

Inverse ARP и RARP

 

Inverse Address Resolution Protocol, Inverse ARP или InARP — протокол для получения адресов сетевого уровня других рабочих станций по их адресам канального уровня (например, DLCI в Frame Relay сетях). В основном используется во Frame Relay и ATM сетях.

ARP переводит адреса сетевого  уровня в адреса канального  уровня, в то же время InARP можно  рассматривать как его инверсию. InARP реализовано как расширение ARP. Форматы пакетов этих протоколов  одни и те же, различаются лишь  коды операций и заполняемые  поля (см. предыдущий раздел).

Reverse ARP (RARP), как и InARP, переводит адреса канального уровня в адреса сетевого уровня. Но RARP используется для получения логических адресов самих станций отправителей, в то время как в InARP-протоколе отправитель знает свои адреса и запрашивает логический адрес другой станции. От RARP отказались в пользу BOOTP, который был в свою очередь заменён DHCP.

Список используемой литературы

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/ARP
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Reverse_Address_Resolution_Protocol
3. http://www.soslan.ru/tcp/
4. http://www.mark-itt.ru/FWO/tcpip/arp.html
5. http://book.itep.ru/4/44/arp_446.htm
6. http://www.inattack.ru/article/390.html
7. http://habrahabr.ru/blogs/internet/80364/