Protokół Odwzorowania Adresów (ARP)

Opisaliśmy już schemat adresowania TCP/IP, w

którym każdy komputer ma przypisany 32-bitowy

adres jednoznacznie identyfikujący go w sieci.

    Jak jednak wiemy, dwie maszyny mogą się

komunikować tylko wtedy, kiedy znają nawzajem

swoje adresy fizyczne. Zachodzi więc potrzeba

opracowania oprogramowania, które “zasłoni”

adresy fizyczne i umożliwi programom wysokiego

poziomu pracę tylko z adresami IP. Docelowo

jednak komunikacja jest prowadzona za pomocą

sieci fizycznej i przy użyciu schematu adresów

fizycznych, który zapewnia sprzęt. Nasuwa się

pytanie jak dochodzi do przekształcenia adresu

IP na adres fizyczny tak aby informacja mogła

być poprawnie przesyłana?

    Problem ten przedstawimy na

przykładzie sieci Ethernet, w której

mamy do czynienia z długim 48-bitowym

adresem fizycznym przypisanym w

trakcie procesu produkcyjnego do

urządzeń sieciowych. W efekcie podczas

wymiany karty sieciowej w komputerze,

zmienia się adres fizyczny maszyny.

Ponadto nie ma sposobu na zakodowanie

48-bitowego adresu ethernetowego w 32-

bitowym adresie IP

.

Przekształcenia adresu IP na adres fizyczny

dokonuje protokół odwzorowania

adresów ARP (ang. Address Resolution

Protocol), który zapewnia dynamiczne

odwzorowanie i nie wymaga

przechowywania tablicy przekształcania

adresowego. Wykorzystuje on możliwość

rozgłaszania danych w sieci ethernet. W

rozwiązaniu tym nowe maszyny mogą być

łatwo dodawane, ponadto nie wymagane

jest przechowywanie centralnej bazy

danych.

ARP i Pamięć Podręczna

Przedstawiony sposób odwzorowywania adresów ma jednak

wady. Jest zbyt kosztowny aby go używać za każdym razem

gdy jakaś maszyna chce przesłać pakiet do innej: przy

rozgłaszaniu każda maszyna w sieci musi taki pakiet

odebrać i przetworzyć.

   

W celu zredukowania kosztów komunikacji, komputery

używające protokołu ARP przechowują w pamięci

podręcznej ostatnio uzyskane powiązania adresu IP z

adresem fizycznym, w związku z tym nie muszą ciągle

korzystać z protokołu ARP. Gdy tylko komputer otrzymuje

odpowiedź ARP, zapamiętuje adres IP jego nadawcy i

odpowiadający mu adres sprzętowy, aby móc później go

wykorzystać. Przy przesyłaniu pakietu komputer zawsze,

zanim wyśle prośbę ARP, zagląda do pamięci podręcznej czy

nie ma tam odpowiedniego dowiązania, jeżeli takie

znajduje, to nie musi nic rozgłaszać w sieci.

Zasada Działania ARP

Tak więc protokół ARP umożliwia komputerowi odnajdywanie fizycznego

adresu maszyny docelowej z tej samej sieci fizycznej przy użyciu jedynie

adresu IP.

    Możliwe jest wiele udoskonaleń protokołu ARP. Jeśli

komputer A wysyła prośbę o adres fizyczny komputera

C może od razu dowiązać informację o swoim adresie

fizycznym do wysyłanej prośby. Ponieważ prośba ta

dociera do wszystkich komputerów w sieci (jest

przecież rozgłaszana), mogą one automatycznie

umieścić w swoich pamięciach podręcznych

informację o adresie fizycznym komputera A.

    Jeśli w komputerze zostanie zmieniony adres fizyczny

(np. w wyniku zmiany karty sieciowej), to może on bez

zapytania o jego adres fizyczny rozgłosić go do innych

komputerów, tak aby wszystkie maszyny uaktualniły

informacje o jego adresie fizycznym w swoich

pamięciach podręcznych.

ARP

(ang. Address Resolution Protocol) - w sieciach

komputerowych jest to metoda znajdowania adresu

sprzętowego hosta, gdy dany jest adres warstwy

sieciowej. Zdefiniowany został w RFC 826.

Jest wykorzystywany przy różnych typach sieci,

zarówno w znaczeniu warstwy sieciowej, jak i

niższych warstw modelu OSI. Oznacza to, iż ARP

nie ogranicza się jedynie do sieci typu Ethernet

przy wykorzystaniu protokołu IPv4, gdzie na

podstawie adresu IP odnajduje sprzętowy adres

MAC. ARP jest wykorzystywane w takich

technologiach LAN jak Token Ring, FDDI, 802.11

oraz w technologiach sieci rozległych, jak IP over

ATM.

Standard ARP

opisuje także zachowanie systemu operacyjnego,

który zarządza tzw. tablicą ARP. Znajdują się w niej

pary: adres warstwy sieciowej i przypisany do niego

adres fizyczny. Zapobiega to tworzeniu zapytania

ARP przy próbie wysłania każdego pakietu. Warto

przy tym zauważyć, że hosty mogą się ze sobą

komunikować za pośrednictwem adresu fizycznego

tylko w obrębie danej sieci w znaczeniu warstwy

drugiej modelu OSI. Jeśli jakieś informacje mają

być przesłane do innej sieci (lub podsieci w sieci

złożonej, sieci oddzielonej routerem, itp.), to

protokół ARP jest wykorzystywany najwyżej do

uzyskania informacji o adresie bramy sieciowej.

ARP jest protokołem komunikacyjnym

pracującym na styku warstw drugiej i

trzeciej modelu ISO/OSI, czyli warstwie

sieciowej. Komunikaty ARP są

enkapsulowane w ramkach warstwy

drugiej, nie służą jednak do przenoszenia

danych poza adresami w hostów i urządzeń.

Protokół ARP nie jest niezbędny do działania

sieci komputerowych, może zostać

zastąpiony przez statyczne wpisy w tablicy

ARP, przyporządkowujące adresom warstwy

sieciowej adresy fizyczne na stałe. Jest to

jednak ekonomicznie nieopłacalne

rozwiązanie.

Format komunikatu ARP



Typ warstwy fizycznej (HTYPE) - typ protokołu
warstwy fizycznej. Możliwe wartości dla pola
HTYPE w tabeli po prawej stronie.



Typ protokołu wyższej warstwy (PTYPE) - dla
protokołu IPv4 jest to 0x0800. Dopuszczalne
wartości są zawarte w tabeli EtherType.



Długość adresu sprzętowego (HLEN) - długość
adresu sprzętowego (MAC) podana w bajtach.



Długość protokołu wyższej warstwy (PLEN) -
długość adresu protokołu, np. IP (4 bajty).

Format komunikatu ARP



Adres sprzętowy źródła
(SHA) - sprzętowy adres (MAC)
nadawcy



Adres protokołu wyższej
warstwy źródła (SPA) - adres
protokołu warstwy wyższej
nadawcy, np. adres IP



Adres sprzętowy
przeznaczenia (THA) -
sprzętowy adres (MAC)
odbiorcy



Adres protokołu wyższej
warstwy przeznaczenia
(TPA) - adres protokołu
warstwy wyższej odbiorcy, np.
adres IP

Operacja (OPER) - kod

operacji ARP. Poniżej

cztery najważniejsze

wartości:

Załóżmy, że komputer X chce przesłać dane do komputera Y.

Adresy sprzętowy przechowywany jest w tablicy ARP, która

jest swego rodzaju pamięcią podręczną. Przed wysłaniem

ramki host sprawdza tablicę ARP, czy znajduje się już tam

adres hosta docelowego. Jeśli jest już tam ten adres

wpisany, to ramka jest wysyłana.

Natomiast jeśli nie ma tam wpisanego MAC adresu to

komputer X wysyła żądanie przesłania MAC adresu

komputera Y, na adres rozgłoszeniowy 255.255.255.255.

Pakiet taki zostanie odebrany przez wszystkie komputery w

sieci. Komputer Y, którego adres IP został przypisany do

poszukiwanego MAC adresu odpowie poprzez wysłanie

swojego adresu sprzętowego. Adres ten zostanie wpisany

w tablicę ARP hosta X, który wysyłał żądanie ARP. Dla

zmniejszenia nakładów potrzebnych do ustalenia MAC

adresu komputera X, który żądał przesłania adresu również

komputer Y, który odpowiedział wysyłając swój adres

sprzętowy zapisuje sobie adres fizyczny komputera X

W ten sposób w przypadku potrzeby późniejszego wysyłania

pakietów do tego samego hosta, komputer wysyłający ma

już w pamięci podręcznej wpisany ten adres. Gdyby za

każdym razem, każdy komputer wysyłał taki żądanie na

adres rozgłoszeniowy, to nastąpiłoby znaczne obciążenie

sieci. Z tego względu algorytm ten ma kilka udoskonaleń.

Jednocześnie z przesłaniem żądania ARP wszystkie

komputery, które to żądanie otrzymały zapisują sobie

MAC adres nadawcy takiego żądania (komputera X) do

tablicy ARP oraz odpowiedź komputera Y. Zwykle

pierwsze zapytanie ARP jest wysyłane tuż po

uruchomieniu komputera. Gdy poszukiwanego

komputera nie ma w sieci lokalnej na zapytanie

odpowiada router podając MAC adres swojego interfejsu.

Prezentację wykonała: