Протоколы arp и rarp, dhcp

Локальный адрес (МАС-адрес) используется в протоколе IP только в пределах локальной сети при обмене данными между маршрутизатором и узлом этой сети. Маршрутизатор, получив пакет для узла одной из сетей, непосредственно подключенных к его портам, должен для передачи пакета сформировать кадр в соответствии с требованиями принятой в этой сети технологии и указать в нем локальный адрес узла, например его МАС-адрес. В пришедшем пакете этот адрес не указан, поэтому перед маршрутизатором встает задача поиска его по известному IP-адресу, который указан в пакете в качестве адреса назначения. С аналогичной задачей сталкивается и конечный узел, когда он хочет отправить пакет в удаленную сеть через маршрутизатор, подключенный к той же локальной сети, что и данный узел.

Протокол ARP (Address Resolution Protocol, Протокол распознавания адреса) предназначен для преобразования IP-адресов в MAC-адреса, часто называемые также физическими адресами.

Для передачи IP-дейтаграммы по физическому каналу (будем рассматривать Ethernet) требуется инкапсулировать эту дейтаграмму в кадр Ethernet и в заголовке кадра указать адрес Ethernet-карты, на которую будет доставлена эта дейтаграмма для ее последующей обработки вышестоящим по стеку протоколом IP. IP-адрес, включенный в заголовок дейтаграммы, адресует IP-интерфейс какого-либо узла сети и не заключает в себе никаких указаний ни на физическую среду передачи, к которой подключен этот интерфейс, ни тем более на физический адрес устройства (если таковой имеется), с помощью которого этот интерфейс сообщается со средой.

Поиск по данному IP-адресу соответствующего Ethernet-адреса производится протоколом ARP, функционирующим на уровне доступа к среде передачи. Протокол поддерживает в оперативной памяти динамическую arp-таблицу в целях кэширования полученной информации. Порядок функционирования протокола следующий.

С межсетевого уровня поступает IP-дейтаграмма для передачи в физический канал (Ethernet), вместе с дейтаграммой передается, среди прочих параметров, IP-адрес узла назначения. Если в arp-таблице не содержится записи об Ethernet-адресе, соответствующем нужному IP-адресу, модуль arp ставит дейтаграмму в очередь и формирует широковещательный запрос. Запрос получают все узлы, подключенные к данной сети; узел, опознавший свой IP-адрес, отправляет arp-ответ (arp-response) со значением своего адреса Ethernet. Полученные данные заносятся в таблицу, ждущая дейтаграмма извлекается из очереди и передается на инкапсуляцию в кадр Ethernet для последующей отправки по физическому каналу.

ARP-запрос или ответ включается в кадр Ethernet непосредственно после заголовка кадра.

Форматы запроса и ответа одинаковы и отличаются только кодом операции (Operation code, 1 и 2 соответственно). Несмотря на то, что ARP создавался специально для Ethernet, этот протокол может поддерживать различные типы физических сред (поле “Hardware type (Тип физической среды)”, значение 1 соответствует Ethernet), а также различные типы обслуживаемых протоколов (поле “Protocol type (Тип протокола)”, значение 2048 соответствует IP). Поля H-len и P-len содержат длины физического и “протокольного” адресов соответственно, в октетах. Для Ethernet H-len=6, для IP P-len=4.

Рис. 52. Форматы запроса и ответа ARP

Поля “Source hardware address” и “Source protocol address” содержат физический (Ethernet) и “протокольный” (IP) адреса отправителя. Поля “Target hardware address” и “Target protocol address” содержат соответствующие адреса получателя. При посылке запроса поле “Target hardware address” инициализируется нулями, а в поле “Destination (Адрес назначения)” заголовка Ethernet-кадра ставится широковещательный адрес.

Proxy ARP. ARP-ответ может отправляться не обязательно искомым узлом, вместо него это может сделать другой узел. Такой механизм называется proxy ARP.

Рис. Proxy ARP

Рассмотрим пример. Удаленный хост А подключается по коммутируемой линии к сети 194.84.124.0/24 через сервер доступа G. Сеть 194.84.124.0 на физическом уровне представляет собой Ethernet. Сервер G выдает хосту А IP-адрес 194.84.124.30, принадлежащий сети 194.84.124.0. Следовательно, любой узел этой сети, например, хост В, полагает, что может непосредственно отправить дейтаграмму хосту А, поскольку они находятся в одной IP-сети.

IP-модуль хоста В вызывает ARP-модуль для определения физического адреса А. Однако вместо А (который, разумеется, откликнуться не может, потому что физически не подключен к сети Ethernet) откликается сервер G, который и возвращает свой Ethernet-адрес как физический адрес хоста А. Вслед за этим В отправляет, а G получает кадр, содержащий дейтаграмму для А, которую G отправляет адресату по коммутируемому каналу.