TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

5.24 Протокол ARP

Перед тем как датаграмма будет передана с одной системы локальной сети на другую, она будет обрамлена заголовком и завершающей частью кадра. Кадр доставляется на сетевой адаптер, физический адрес которого совпадает с физическим адресом назначения из заголовка кадра.

Таким образом, для доставки датаграммы в локальной сети нужно определить физический адрес узла назначения.

Хорошо, что существует процедура автоматического определения физических адресов. Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol — ARP) обеспечивает метод динамической трансляции между IP-адресом и соответствующим физическим адресом на основе широковещательных рассылок.

Система локальной сети самостоятельно использует ARP для исследования информации о физических адресах (сетевой администратор при необходимости может вручную ввести в таблицу ARP постоянный элемент для такой трансляции). Когда хосту нужно начать коммуникацию со своим локальным партнером, он ищет IP-адрес партнера в таблице ARP, которая обычно располагается в оперативной памяти. Если для нужного IP-адреса не находится требуемого элемента таблицы, хост посылает широковещательный запрос ARP, содержащий искомый IP-адрес назначения (см. рис. 5.14).

Рис. 5.14. Поиск физического адреса системы

Целевой хост узнает свой IP-адрес и читает запрос. После этого он изменяет собственную таблицу трансляции адресов, включая в нее IP-адрес и физический адрес отправителя широковещательной рассылки, и, наконец, посылает ответ, содержащий аппаратный адрес своего интерфейса.

Когда система-источник получает такой ответ, она обновляет свою таблицу ARP и становится готовой к пересылке данных по локальной сети.

5.24.1 Содержимое сообщения ARP

Запросы ARP первоначально использовались в локальных сетях Ethernet, но структура таких запросов имеет более общую природу, поэтому их можно применять и в Token-Ring, локальных сетях Fiber Distributed Data Interface (FDDI) или в глобальных сетях Switched Multimegabit Data Service (SMDS). Один из вариантов ARP был разработан для региональных сетей с виртуальными цепями (подобных Frame Relay).

Сообщение ARP помещается в поле данных кадра вслед за заголовком (заголовками) нижних уровней. Например, для Ethernet с кадрами DIX сообщение ARP следует за MAC-заголовком, а для сетей типа 802.3 или 802.5 — за MAC-заголовком, заголовком Logic Link Control (LLC) и подзаголовком Sub-Network Access Protocol (SNAP). Тип протокола для таких кадров (ARP через Ethernet) определяется кодом X'0806. В таблице 5.5 показаны поля сообщения ARP.

Таблица 5.5 Формат сообщения ARP

Количество октетов	Поле
2	Тип аппаратного адреса
2	Протокол адресации высокого уровня
1	Длина аппаратного адреса
1	Длина адреса высокого уровня
2	Тип сообщения: 00 01 = запрос, 00 02 = ответ
*	Аппаратный адрес источника
*	Адрес высокого уровня (IP) источника
*	Аппаратный адрес приемника
*	Адрес высокого уровня (IP) приемника

Длина последних четырех полей зависит от используемой технологии и применяемого протокола. Аппаратный адрес локальной сети 802.X содержит 6 октетов, а IP-адрес — 4 октета. В таблице 5.6 показаны примеры форматов сообщений, запрашивающих трансляцию IP-адресов в адреса Ethernet.

Таблица 5.6 Примеры сообщений для запросов ARP

Количество октетов	Поле	Описание
2	00 01	Ethernet
2	08 00	IP
1	06	Длина физического адреса в 6 октетов для Ethernet
1	04	Длина физического адреса IP
2	00 01	Запрос
6	02 07 01 00 53 23	Аппаратный адрес источника
4	80 24 04 12	Адрес высокого уровня источника
6	00 00 00 00 00 00	Аппаратный адрес назначения
4	80 24 04 0B	Адрес высокого уровня назначения

При ответе меняются роли источника и приемника. Например, адресом высокого уровня источника в ответе на запрос станет X'80-24-04-0B.

Применение ARP не ограничивается только TCP/IP: во втором поле также можно указать протокол, использующий ARP.

Первичный запрос ARP распространяется в широковещательной рассылке, поэтому любая система локальной сети может использовать сведения из такого запроса для обновления собственной таблицы данными о запрашивающей системе. Однако обычно система обновляет свою таблицу, только когда сама служит целевой системой запроса ARP.

5.24.2 Таблица ARP