Протокол ARP

Ping -f -l xxxx hostname

где xxxx – размер пакета, который может быть использован для определений MTU, hostname – IP адрес компьютера вычислительной сети. Если результатом будет успешное выполнение команды ping, значит, указанный размер MTU поддерживается. Если результатом будет сообщение о том, что требуется фрагментация паке, значит, указанный размер MTU не поддерживается, необходимо уменьшить размер пакета и попробовать снова.

Network	MTU (байты)
Hyperchannel
16 Мбит/сек Token ring (IBM)
4 Мбит/сек Token ring (IEEE 802.5)
FDDI
Ethernet
IEEE 802.3/802.2
X.25
Точка-точка (с маленькой задержкой)

Рис. 2.6. Типичные значения максимальных блоков передачи (MTU).

Транспортный MTU

Когда общаются два компьютера в одной и той же сети, важным является MTU для этой сети. Однако когда общаются два компьютера в разных сетях, каждый промежуточный канал может иметь различные MTU. В данном случае важным является не MTU двух сетей, к которым подключены компьютеры, а наименьший MTU любого канала данных, находящегося между двумя компьютерами. Он называется транспортным MTU (path MTU).

Транспортный MTU между любыми двумя хостами может быть не постоянным. MTU зависит от загруженности канала на настоящий момент. Также он зависит от маршрута. Маршрут может быть несимметричным (маршрут от A до B может быть совсем не тем, что маршрут от B к A), поэтому MTU может быть неодинаков для этих двух направлений.

RFC 1191 описывает механизм определения транспортного MTU (path MTU discovery mechanism).

Фреймы Ethernet отправляются по локальной сети от одного хоста к другому всегда по 48-битному MAC адресу. Драйвер сетевой платы обрабатывает не IP адреса назначения в IP датаграмме, а MAC адреса.

Другими словами возникает необходимость установить соответствие между двумя различными формами адресов: 32-битными IP адресами и каким-либо типом адресов канального уровня. RFC 826 – официальная спецификация ARP.

На рис. 2.7 показаны два протокола: протокол определения адреса (ARP – address resolution protocol) и обратный протокол определения адреса (RARP – reverse address resolution protocol).

Рис. 2.7. Протоколы определения адреса: ARP и RARP.

ARP предоставляет динамическое сопоставление IP адресов и соответствующих им аппаратных адресов (MAC). Используется термин динамическое, так как это происходит автоматически и обычно не зависит от используемых прикладных программ или воли системного администратора.

RARP, в основном, используется системами без жестких дисков (бездисковые рабочие станции или X терминалы), однако здесь требуется ручная конфигурация с участием системного администратора.

Обмен IP датаграммами в локальной сети состоит из следующих этапов:

1. ARP посылает фрейм Ethernet, который называется ARP запрос (ARP request), каждому хосту в сети. Подобный метод рассылки называется широковещательным запросом (broadcast). ARP запрос содержит IP адрес хоста назначения и запрос «если Вы владелец этого IP адреса, пожалуйста, сообщите мне Ваш аппаратный адрес».

2. 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.

3. ARP отклик принимается, и IP датаграмма, из-за которой начался обмен ARP запрос – ARP отклик, может быть послана.

4. IP датаграмма отправляется на хост назначения.

Фундаментальная концепция, заложенная в ARP, заключается в следующем. Сетевой интерфейс имеет аппаратный адрес (48-битное значение для Ethernet или Token ring). Фреймы, которыми обмениваются на аппаратном уровне, должны адресоваться к корректному интерфейсу. Однако TCP/IP использует собственную схему адресации: 32-битные IP адреса. Знание IP адреса хоста не позволяет ядру послать датаграмму этому хосту. Драйвер Ethernet должен знать аппаратный адрес пункта назначения, чтобы послать туда данные. В задачу ARP входит обеспечение динамического соответствия между 32-битными IP адресами и аппаратными адресами, используемыми различными сетевыми технологиями.

Каналы точка-точка не используют ARP. Когда эти каналы конфигурируются (обычно во время загрузки), ядру необходимо сказать IP адрес для каждого конца канала. Аппаратные адреса, такие как Ethernet адреса, в данном случае не используются.

ARP Кэш (ARP-таблица)

Эффективность функционирования ARP во многом зависит от ARP кэша (ARP cache), который присутствует на каждом хосте. В кэше содержатся IP адреса и соответствующие им аппаратные адреса. Стандартное время жизни каждой записи в кэше составляет 20 минут с момента создания записи.

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

MCBC # arp –a

sun (140.252.13.33) at 8:0:20:3:f6:42

svr4 (140.252.13.34) at 0:0:c0:c2:9b:26

48-битные Ethernet адреса приведены в виде шести шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями.

Формат пакета ARP

На рис. 2.8 показан формат ARP запроса и формат ARP отклика, в случае использования Ethernet и IP адресов. (ARP можно использовать 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, hard size – размер аппаратного адреса, prot size – размер адреса протокола, frame type – тип фрейма, hard type – тип аппаратного адреса, prod type – тип адреса протокола, op – код операции)

Рис. 2.8. 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 на кабеле.

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 датаграмму.

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). Это поле необходимо, 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. Обратите внимание, что 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.

Дополнительные опции команды arp

Суперпользователь может использовать опцию -d, чтобы удалить запись из ARP кэша.

Записи могут быть добавлены с использованием опции -s. При использовании этой опции необходимо указать IP адрес и Ethernet адрес хоста. IP адрес и Ethernet адрес добавляются в кэш. Подобная запись делается на постоянной основе (она не будет удалена из кэша по тайм-ауту), если только в конце командной строки не будет использовано ключевое слово temp.

Ключевое слово pub в конце командной строки с опцией -s приведет к тому, что система будет функционировать как ARP агент для этого хоста. Система будет отвечать на ARP запросы для IP адресов, соответствующих имени хоста, при этом ответ будет содержать указанный Ethernet адрес. Если объявленный адрес – это адрес самой отвечающей системы, это означает, что система работает как уполномоченный агент ARP для указанного имени хоста.

Для вывода на экран всех доступных опций команды arp в ОС необходимо выполнить команду:

arp /?

Дата добавления: 2014-01-15