Примеры сетевых топологий
Протокол преобразования адресов ARP
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
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.
В рамках протокола ARP возможны самообращенные запросы (gratuitous ARP). При таком запросе инициатор формирует пакет, где в качестве IP используется его собственный адрес. Это бывает нужно, когда осуществляется стартовая конфигурация сетевого интерфейса. В таком запросе IP-адреса отправителя и получателя совпадают.
Самообращенный запрос позволяет ЭВМ решить две проблемы.Во-первых, определить, нет ли в сети объекта, имеющего тот же IР-адрес. Если на такой запрос придет отклик, то ЭВМ выдаст на консоль сообщение Dublicate IP address sent from Ethernet address <...>. Во-вторых, в случае смены сетевой карты производится корректировка записи в АRP-таблицах ЭВМ, которые содержали старый МАС-адрес инициатора. Машина, получающая ARP-запрос c адресом, который содержится в ее таблице, должна обновить эту запись.
Вторая особенность такого запроса позволяет резервному файловому серверу заменить основной, послав самообращенный запрос со своим МАС-адресом, но с IP вышедшего из строя сервера. Этот запрос вынудит перенаправление кадров, адресованных основному серверу на резервный. Клиенты сервера при этом могут и не знать о выходе основного сервера из строя. При этом возможны и неудачи, если программные реализании в ЭВМ не в полной мере следуют регламентациям протокола ARP.
