Протоколы разрешения IP -адресов.

19.1. Протокол преобразования адресов ARP

Любое устройство, подключенное к локальной сети (Ethernet, FDDI и т.д.), имеет уникальный физический сетевой адрес, заданный аппаратным образом. 6-байтовый Ethernet-адрес выбирает изготовитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Если у машины меняется сетевой адаптер, то меняется и ее Ethernet-адрес.

4-байтовый IP-адрес задает менеджер сети с учетом положения машины в сети Интернет. Если машина перемещается в другую часть сети Интернет, то ее IP-адрес должен быть изменен. Преобразование IP-адресов в сетевые выполняется с помощью arp-таблицы. Каждая машина сети имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого адаптера. Не трудно видеть, что существует проблема отображения физического адреса (6 байт для Ethernet) в пространство сетевых IP-адресов (4 байта) и наоборот.

Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826) решает именно эту проблему - преобразует ARP- в Ethernet-адреса.

Рассмотрим процедуру преобразования адресов при отправлении сообщения. Пусть прикладная программа одной ЭВМ отправляет сообщение другой. Прикладной программе IP-адрес места назначения обычно известен. Для определения Ethernet-адреса просматривается ARP-таблица. Если для требуемого IP-адреса в ней присутствует Ethernet-адрес, то формируется и посылается соответствующий пакет. Если же с помощью ARP-таблицы не удается преобразовать адрес, то выполняется следующее:

1. Всем машинам в сети посылается пакет с ARP-запросом (с широковещательным Ethernet-адресом места назначения).

2. Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждая машина, принявшая ARP-запрос, в своем ARP-модуле сравнивает собственный IP-адрес с IP-адресом в запросе. Если IP-адрес совпал, то прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса посылается ответ, содержащий как IP-адрес ответившей машины, так и ее Ethernet-адрес. После получения ответа на свой ARP-запрос машина имеет требуемую информацию о соответствии IP и Ethernet-адресов, формирует соответствующий элемент ARP-таблицы и отправляет IP-пакет, ранее поставленный в очередь. Если же в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблицу. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, предназначенные для отправки по этому адресу.

Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения в среде ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом. Во многих реализациях в случае, если IP-адрес не принадлежит локальной сети, внешний порт сети (gateway) или маршрутизатор откликается, выдавая свой физический адрес (режим прокси-ARP).

Функционально, ARP делится на две части. Одна - определяет физический адрес при посылке пакета, другая отвечает на запросы других машин. ARP-таблицы имеют динамический характер, каждая запись в ней "живет" определенное время после чего удаляется. Менеджер сети может осуществить запись в ARP-таблицу, которая там будет храниться "вечно". ARP-пакеты вкладываются непосредственно в ethernet-кадры. Формат arp-пакета показан на рис. 4.4.6.1.

 

Рис. 4.4.6.1. Формат пакета ARP

HA-Len - длина аппаратного адреса;

PA-Len – длина протокольного адреса (длина в байтах, например, для IP-адреса PA-Len=4).

Тип оборудования - это тип интерфейса, для которого отправитель ищет адрес; код содержит 1 для Ethernet. Ниже представлена таблица 4.4.6.1 кодов оборудования.

 

Таблица 4.4.6.1. Коды оборудования

Код типа оборудования	Описание
1	Ethernet (10 Мбит/с)
2	Экспериментальный Ethernet (3 Мбит/с)
3	Радиолюбительская связь через X.25
4	Proteon ProNET маркерная кольцевая сеть (Token Ring)
5	Chaos
6	Сети IEEE 802
7	ARCNET

 

Таблица 4.4.6.2. Коды протоколов (для IP это 0800H).

Код типа протокола		Описание
Десятичное значение	Hex
512	0200	XEROX PUP
513	0201	PUP трансляция адреса
1536	0600	XEROX NS IDP
2048	0800	DOD Internet протокол (IP)
2049	0801	X.75 Internet
2050	0802	NBS Internet
2051	0803	ECMA Internet
2052	0804	Chaosnet
2053	0805	X.25 уровень 3
2054	0806	Протокол трансляции адреса (ARP)
2055	0807	XNS совместимость
2560	0A00	Xerox IEEE-802.3 PUP
4096	1000	Bercley Trailer
21000	5208	BBN Simnet
24577	6001	DEC MOP Dump/Load
24578	6002	DEC MOP удаленный терминал
24579	6003	DEC DECnet фаза IV
24580	6004	DEC LAT
24582	6005	DEC
24583	6006	DEC
32773	8005	HP Probe
32784	8010	Excelan
32821	8035	Реверсивный протокол ARP (RARP)
32824	8038	DEC LANbridge
32923	8098	Appletalk
33100	814C	SNMP

Поле код операции определяет, является ли данный пакет ARP-запросом (код = 1), ARP-откликом (2), RARP-запросом (3), или RARP-откликом (4). Это поле необходимо, как поле тип кадра в Ethernet пакетах, они идентичны для ARP-запроса и отклика.

ARP-таблицы строятся согласно документу RFC-1213 и для каждого IP-адреса содержит четыре кода:

ifindex	Физический порт (интерфейс), соответствующий данному адресу;
Физический адрес	MAC-адрес, например Ethernet-адрес;
IP-адрес	IP-адрес, соответствующий физическому адресу;
тип адресного соответствия	это поле может принимать 4 значения: 1 - вариант не стандартный и не подходит ни к одному из описанных ниже типов; 2 - данная запись уже не соответствует действительности; 3 - постоянная привязка; 4 - динамическая привязка;

В SUN и некоторых других ЭВМ имеется программа arp, которая позволяет отобразить ARP-таблицу на экране. С флагом -a команда отображает всю таблицу, флаг –d позволяет стереть запись, а -s - служит для внесения записей в таблицу (последние два флага доступны для операторов с системными привилегиями). Команда ARP без флагов с адресом или именем ЭВМ выдаст соответствующую строку таблицы:

arp 192.148.166.129
Name: semenov.itep.ru
Address: 192.148.166.129 (IP-адрес моей персональной ЭВМ)
Aliases: yas
А команда
arp nb
выдаст запись
nb (193.124.224.60) at 0:80:ad:2:24:b7 (запись для NetBlazer ИТЭФ)

ARP запросы могут решать и другие задачи. Так при загрузке сетевого обеспечения ЭВМ такой запрос может выяснить, а не присвоен ли идентичный IP-адрес какому-то еще объекту в сети. При смене физического интерфейса такой запрос может инициировать смену записи в ARP-таблице.

Прокси-ARP

Еще одна разновидность протокола ARP служит для того, чтобы один и тот же сетевой префикс адреса можно было использовать для двух сетей. Этот протокол называется смешанным протоколом ARP (proxy). Предположим, мы имеем сеть из четырех ЭВМ (1-4; рис. 4.4.7.1), которую бы мы хотели соединить с другой сетью из четырех ЭВМ (5-8), причем так, чтобы машины взаимодействовали друг с другом так, будто они принадлежат одной сети. Решить эту проблему можно, соединив эти сети через маршрутизатор M, работающий в соответствии со смешанным протоколом ARP (функционально это IP-мост). Маршрутизатор знает, какая из машин принадлежит какой физической сети. Он перехватывает широковещательные ARP-запросы из сети 1, относящиеся к сети 2, и наоборот. Во всех случаях в качестве физического адреса маршрутизатор возвращает свой адрес. В дальнейшем, получая дейтограммы, он маршрутизирует их на физические адреса по их IP-адресам.

Рис. 4.4.7.1. Использование протокола proxy ARP

Не трудно видеть, что в смешанном протоколе ARP нескольким IP-адресам ставится в соответствие один и тот же физический адрес. Поэтому системы, где предусмотрен контроль за соответствием физических и IP-адресов, не могут работать со смешанным протоколом ARP. Главным преимуществом этого протокола является то, что он позволяет путем добавления одного маршрутизатора (Gateway) подключить к Интернет еще одну сеть, не изменяя таблиц маршрутизации в других узлах. Этот протокол удобен для сети, где есть ЭВМ, не способная работать с субсетями. Протокол используется при построении сетей Интранет.

 

Протокол RARP

Обычно IP-адреса хранятся на диске, откуда они считываются при загрузке системы. Проблема возникает тогда, когда необходимо инициализировать рабочую станцию, не имеющую диска. Бездисковые системы часто используют операции типа TFTP для переноса из сервера в память образа операционной системы, а это нельзя сделать, не зная IP-адресов сервера и ЭВМ-клиента. Записывать эти адреса в ПЗУ не представляется целесообразным, так как их значения зависят от точки подключения ЭВМ и могут меняться. Для решения данной проблемы был разработан протокол обратной трансляции адресов (RARP – Reverse Address Resolution Protocol, RFC-0903, смотри также ниже описание протокола BOOTP). Форматы сообщений RARP сходны с ARP (см. рис. 4.4.8.1), хотя сами протоколы принципиально различны. Протокол RARP предполагает наличие специального сервера, обслуживающего RARP-запросы и хранящего базу данных о соответствии аппаратных адресов протокольным. Этот протокол работает с любой транспортной средой, в случае же кадра Ethernet в поле тип будет записан код 8035₁₆ (смотри таблицу 4.4.6.2).

Рис. Формат RARP-сообщения

Здесь обозначения те же, что и в описании ARP-формата. Значение n определяется числом, записанным в поле HA-Len, а m - числом из поля PA-Len. Для Internet PA-Len=4 и тип протокола =2048, а для Ethernet равно HA-Len=6 и тип оборудования =1. В RARP используется два кода операции. Код операции =3 используется для RARP-запросов, а код операции =4 - для RARP-откликов. В первом случае поле протокольный адрес отправителя и протокольный адрес адресата не определены. Обычно локальная сеть имеет несколько RARP-серверов, что позволяет загрузиться бездисковым машинам, даже если какой-то из серверов выключен или не исправен.