Протокол ARP. Протоколы ARP, RARP, ICMP: принцип работы, назначение

Если машина обменивается информацией с другим равноценным устройством в одной и той же сети, это соединение требует наличия физического или MAC-адреса. Вместе с тем приложение, отвечающее за связь, требует использования какого-либо механизма, способного связать IP-адрес с MAC-адресом.

Этот механизм осуществляется с помощью протоколов разрешения адресов (ARP). Благодаря им происходит трансляция IP-адреса узла назначения, который информирует источник MAC-адреса. Таким образом, протоколы ARP способствуют связи двух устройств при их одновременном подключении в сеть.

Как это работает?

Это означает, что каждый раз, когда машина А хочет послать пакеты данных машине B, A должна послать пакет ARP для запроса MAC-адреса B. Вместе с тем это неизбежно приведет к увеличению нагрузки на сеть и утяжелению трафика.

Для того чтобы уменьшить трафик и затраты на сетевые подключения, компьютеры, использующие ARP-протокол, поддерживают кэш недавно приобретенных адресов привязки IP_to_MAC, то есть они не должны использовать ARP повторно.

Вместе с тем некоторые уточнения ARP возможны: когда машина А хочет послать данные машине B, возможно, что B собирается посылать ответные данные А в ближайшем будущем. Поэтому, чтобы избежать использования ARP для машины B, A должна сохранить его связующий адрес IP_to_MAC в специальном пакете при запросе на MAC-адрес B. Так как A передает свой первоначальный запрос на MAC-адрес B, каждая машина в сети должна извлекать и хранить в своем кэше адрес IP_to_MAC.

Когда устройство находится в сети (например, если операционная система перезагружается), оно может транслировать адрес связывания так, что все другие машины могут сохранить его в своих настройках. Это позволит не использовать повторно протоколы ARP, которые могли бы понадобиться при подключении других новых устройств.

Пример отображения использования протокола разрешения адресов

Можно рассмотреть сценарий, когда компьютер пытается связаться с некоторыми удаленными устройствами, и ранее никакого обмена IP между ними не осуществлялось. Именно поэтому должен быть применен ARP-протокол - чтобы определить MAC-адрес удаленной машины.

Сообщение запроса ARP (который идет от IP-адреса A.A.A.A к B.B.B.B) транслируется по локальной сети с типом протокола Ethernet. Протоколы ARP исходят от всех машин, кроме целевой, которая направляет ответное сообщение на запрос. Этот ответ содержит в себе IP-адрес B.B.B.B, т.е. аппаратный адрес источника Ethernet, после чего будет налажена связь между устройствами.

Протокол ARP и его назначение - выводы

Как можно увидеть из описания выше, протокол разрешения адресов используется для наладки взаимодействия между различными устройствами в сети. Другими словами, это технология, без которой нормальное подключение не представляется возможным. Но возможна ли работа протокола ARP без других параметров сети? Определенно, невозможна. Поэтому следует рассмотреть другие протоколы, играющие важную роль.

Протокол восстановления обратного адреса

RARP является протоколом, по которому физический компьютер в локальной сети может запросить свой IP-адрес из таблицы Address Resolution Protocol или кэш-сервера шлюза. создает таблицу в шлюзе или маршрутизаторе локальной сети, которая отображает физический адрес машины (или адрес управления доступом к среде - MAC) относительно соответствующего протокола. Когда новое устройство подключается в сеть, его RARP-клиент создает на сервере запрос для отправки его IP-адреса. Предполагая, что запись была создана в таблице маршрутизатора, сервер RARP возвращает IP-адрес на машину, которая может хранить его для дальнейшего использования. Таким образом, протокол разрешения адресов ARP непрерывно связан с RARP.

Детальный механизм

И машина, которая выдает запрос, и сервер, который отвечает на него - все они используют физические сетевые адреса во время сеанса связи. Как правило, запрашивающая сторона не знает физический адрес. Таким образом, запрос транслируется на все машины в сети. Затем запрашивающая сторона должна идентифицировать себя по отношению к серверу. Для этого может быть использован серийный номер CPU или физический адрес сетевой машины. При этом использование физического адреса в качестве уникального идентификатора имеет два преимущества.

Эти адреса всегда доступны и не должны быть связаны в коде начальной загрузки.
Поскольку идентифицирующая информация зависит от сети, а не от поставщика CPU, все машины по данной сети будет иметь уникальные идентификаторы.

Действие RARP во времени

Так как RARP использует физическую сеть напрямую, никакое другое программное обеспечение протокола не будет отвечать на запрос или ретранслировать его. Программное обеспечение RARP должно единолично справиться с этими задачами. Некоторые рабочие станции, которые полагаются на RARP для загрузки, могут неоднократно повторять попытку неопределенное время, пока не получат ответ. Другие реализации имеют отказ после нескольких попыток, чтобы избежать перегрузки сети ненужными трансляциями.

Протоколы IP/ICMP/ARP

Протокол ICMP связывает механизм, шлюзы и хосты, которые используются для управления соединением или получения отчета об ошибках. Интернет-протокол обеспечивает сигнал, идущий от шлюза к шлюзу, пока не достигнет точки, которая может доставить его непосредственно в конечный пункт назначения. Если шлюз не может направлять или доставлять данные, или же он обнаруживает такое необычное состояние, как перегрузка сети, он должен выдать сообщение об этом, чтобы принять меры, позволяющие избежать или исправить эту проблему.

Сообщений (ICMP) позволяет шлюзам осуществлять передачу ошибок или управлять сообщениями для других шлюзов или хостов. Таким образом, ICMP обеспечивает связь между протоколами Интернет на обоих соединяемых компьютерах.

Этот специальный механизм был добавлен разработчиками в дополнение к TCP/IP-протоколам. Он позволяет использовать шлюзы в Интернете, чтобы сообщить об ошибках или предоставить информацию о чрезвычайных обстоятельствах. Сам по себе IP-протокол не содержит ничего, что может помочь проверить связь с отправителем или узнать о сбоях.

Протоколы TCP/IP

TCP/IP-протоколы предоставляют средства, способные помочь сетевым администраторам или пользователям идентифицировать проблемы сети. Один из наиболее часто используемых инструментов отладки вызывает запрос ICMP и получает ответное сообщение. В то же время хост или шлюз посылает эхо-сообщение с запросом ICMP на указанный адрес. Любая машина, которая получает эхо-запрос, формулирует отклик и возвращает к исходному отправителю. При этом ответ содержит копию данных, передаваемых в запросе, а также связанный с ними отклик.

Этот протокол может быть использован для проверки того, доступен ли адресат и возможна ли с ним связь. В свою очередь, протоколы ARP - это используемые в дополнение к TCP/IP и необходимые для осуществления корректной связи между устройствами в сети.

В TCP/IP не рассматриваются технологии канального и физического уровней, при реальной передаче данных все равно приходится отображать IP адрес на адрес канального уровня.

В сети Ethernet для идентификации источника и получателя информации используются IP и MAC адреса. Информация, пересылаемая от одного компьютера другому по сети, содержит в себе физический адрес отправителя, IP-адрес отправителя, физический адрес получателя и IP-адрес получателя. ARP-протокол обеспечивает связь между этими двумя адресами, поскольку эти два адреса никак друг с другом не связаны.

ARP — протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol) является протоколом третьего (сетевого) уровня модели OSI, используется для преобразования IP-адресов в MAC-адреса, играет важную функцию в множественном доступе сетей. ARP была определена RFC 826 в 1982 году.

Непосредственно связь между IP адресом и MAC адресом осуществляется с помощью так называемых ARP-таблиц, где в каждой строке указывается соответствие IP адреса MAC адресу.

Пример ARP-таблицы в ОС Windowsпредставлен на рисунке.

В ARP-таблице, помимо IP и MAC адреса, еще указывается тип связи, существует два типа записей:

• Статические записи создаются вручную, они существуют до тех пор, пока компьютер или маршрутизатор остается включенным.
• Динамические записи должны периодически обновляться. Если запись не обновлялась в течении определенного времени (приблизительно 2 минуты), то она исключается из таблицы. В ARP-таблице содержаться записи не обо всех узлах сети. А только те, которые активно участвуют в сетевых операциях. Такой способ хранения называется ARP-кэшем.

В IPv6 функциональность ARP обеспечивает протокол NDP (Neighbor Discovery Protocol Протокол Обнаружения Соседей).

RARP (англ. Reverse Address Resolution Protocol — Обратный протокол преобразования адресов) — протокол третьего (сетевого) уровня модели OSI, выполняет обратное отображение адресов, то есть преобразует аппаратный адрес в IP-адрес.

Существует четыре типа ARP-сообщений:

• ARP-запрос(ARPrequest);
• ARP-ответ(ARP reply);
• RARP-запрос(RARP-request);
• RARP-ответ(RARP-reply).

• Hardware type (HTYPE) Каждый канальный протокол передачи данных имеет свой номер, который хранится в этом поле. Например, Ethernet имеет номер 0x0001
• Protocol type (PTYPE) Код сетевого протокола. Например, для IPv4 будет записано 0x0800
• Hardware length (HLEN) Длина физического адреса в байтах. Адреса Ethernet имеют длину 6 байт.
• Protocol length (PLEN) Длина логического адреса в байтах. IPv4 адреса имеют длину 4 байта.
• Operation Код операции отправителя: 1 в случае запроса и 2 в случае ответа.
• Sender hardware address (SHA) Физический адрес отправителя.
• Sender protocol address (SPA) Логический адрес отправителя.
• Targethardwareaddress (THA) Физический адрес получателя. Поле пусто при запросе.
• Target protocol address (TPA) Логический адрес получателя.

Рассмотрим структуру заголовка ARP запроса (request) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Рассмотрим структуру заголовка ARP ответа (reply) на примере перехваченного пакета с помощью сетевого анализатора Wireshark

Вас также могут заинтересовать:

Протокол ARP

В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определяется Ethernet-адрес назначения. Для отображения IP-адресов в Ethernet адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol — адресный протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.

ARP-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Табл.1. Пример ARP-таблицы
Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP.

Протокол ARP

В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.

Запросы и ответы протокола ARP

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: «Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес». Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:

Табл.2. Пример ARP-запроса Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: «Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес». Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

Табл.3. Пример ARP-ответа Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.

Обновленная таблица выглядит следующим образом:

Табл.4. ARP-таблица после обработки ответа

Продолжение преобразования адресов

Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IPадреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети. Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:

1. По сети передается широковещательный ARP-запрос.
2. Исходящий IP-пакет ставится в очередь.
3. Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.
4. Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета, постав ленного в очередь, используется ARP-таблица.
5. Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.

Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.

Некоторые реализации IP и ARP не ставят в очередь IP-пакеты на то время, пока они ждут ARP-ответов. Вместо этого IP-пакет просто уничтожается, а его восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной процесс, работающий через UDP. Такое восстановление выполняется с помощью таймаутов и повторных передач. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы.

Следует отметить, что каждая машина имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса.

Proxy-ARP — это технология, согласно которой маршрутизатор отвечает на чужой ARP запрос, предназначеный не ему, своим MAC адресом.
При этом отправитель, предполагая что получил в ARP ответе физический адрес получателя, помещает этот MAC адрес в кадр. Таким образом маршрутизатор получает кадр, адресованный ему, но пакет содержит не его IP адрес. Это в свою очередь значит, что пакет предназначен для маршрутизации. Ответный пакет также проходит этап маршрутизации в обратную сторону. Для обеих сторон маршрутизатор является прозрачным.
Возможен случай, когда proxy-arp работает только для одного сегмента сети, а с другой стороны хост знает о существовании маршрутизатора и отправляет пакеты ему сознательно.

Задачи которые позволяет решить эта технология:

• подключение к сети одного хоста, принадлежащего другой физической сети (другому широковещательному домену)
• объединение двух широковещательных доменов для общения одноадресными рассылками (unicast), но ограничивая широковещательный трафик между доменами; при этом не прибегая к использованию bridge и брандмауэров.

Понятие Proxy-ARP можно встретить при конфигурации VPN сервера.

В технологии Frame-Relay существует понятие Inverse-ARP. Как и соответствует из названия, этот протокол явзяется обратным ARP.

Address Resolution Protocol

Суть протокола заключается в преобразовании физического адреса в логический, т.е. IP-адрес. В сети Frame-Relay физическим адресом являестя DLCI.

Благодарим за статью: Дмитрия Подгорного

Очистка и удаление кэша ARP

Очистка кэша ARP через командную строку

Когда компьютеры обращаются к информации DNS, найден­ные сопоставления имен и адресов временно сохраняются в кэше ARP (Address Resolution Protocol), чтобы в следующий раз при обращении к той же информации не выполнять поиск заново. Эта информация устаревает в соответствии со значе­нием TTL (Time-To-Live), устанавливаемом при ее получении, и по окончании срока жизни такая информация должна быть обновлена.

После получения новой информации устанавлива­ется новое значение TTL. В общем случае эта автоматическая система получения, очистки и обновления информации о со­поставлениях имен и адресов работает хорошо.

Команда ARP — просмотр и изменение таблиц ARP.

Но иногда ус­таревшая информация успевает вызвать проблемы до того, как она будет сброшена. Так, если на каком-то компьютере изме­няется DNS-имя, а значение TTL еще не обнулялось, вы вре­менно лишаетесь возможности найти этот компьютер.

Удаление старой информации о сопоставлени­ях имен

У администраторов DNS есть в запасе несколько трюков, с помощью которых можно уменьшить негативное влияние сме­ны имен, например задание меньшего значения TTL перед сме­ной имени, чтобы старая информация удалялась быстрее и не вызывала проблем. Однако вы можете обнаружить, что легче просто избавиться от старых данных и заставить компьютер вновь просматривать информацию в DNS.

Для этого введите в командной строке или de­lete arpcache (если контекст Interface IP в Netsh уже установ­лен). В результате будет удалена информация о сопоставлени­ях имен и адресов для всех интерфейсов, настроенных на дан­ном компьютере.

Пример использования очистки кеша arp

Если у вас несколько интерфейсов и вы хо­тите сбросить информацию лишь для одного интерфейса, ука­жите нужный интерфейс через ИмяИнтерфейса, напри­мер:

• netsh interface ip delete arpcache
• delete arpcache

ARP (Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов) - протокол сетевого уровня (Network Link layer), предназначенный для преобразования IP- адресов (адресов сетевого уровня) в MAC-адрес- адреса (адреса канального уровня) в сетях TCP/IP. Он определён в RFC 826.

Утилита arp:

Ключи консольной утилиты arp:arp -a выводит содержимое таблицы ARP. arp выводит ARP-запись для заданного хоста. arp -d удаляет запись, соответствующую хосту.

Протокол arp

arp -d-a удаляет все записи таблицы. arp -s добавляет запись. arp -f добавляет записи из файла соответствия .

В Linux полностью очистить ARP таблицу штатными средствами нельзя. Можно использовать скрипт вида, соответственно видоизменив его под свои нужды ethers.local #!/bin/shI=1while[$I-le254]do arp -d 192.168.1.${I} arp -s 192.168.1.${I}0:0:0:0:0:0I=`expr$I + 1`done arp -f/etc/ethers.local

Маршрутизация.

Эта команда для всех пунктов состояния задает failed. В дальнейшем ядро операционной системы удалить помеченные MAC адреса. ip neigh flush all

Протокол ARP предназначен для определения адресов канального уровня (MAC-адресов) по известным IP-адресам. Это очень важный протокол, его работа напрямую влияет на работоспособность сети в целом.

Назначение протокола ARP

Для взаимодействия устройств друг с другом необходимо, чтобы у передающего устройства был IP- и MAC-адреса получателя. Когда одно из устройств пытается установить связь с другим, с известным , ему необходимо определить MAC-адрес получателя. имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol - протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC-адрес. На рис. ниже проиллюстрирован процесс, позволяющий определить MAC-адрес, связанный с известным IP-адресом.

Некоторые устройства хранят специальные ARP-таблицы, в которых содержится информация о MAC- и IP-адресах других устройств, подключенных к той же локальной сети. ARP-таблицы позволяют установить однозначное соответствие между IP- и MAC-адресами. Такие таблицы хранятся в определенных областях оперативной памяти и обслуживаются автоматически на каждом из сетевых устройств (см. таблицы ниже). В редких случаях приходится создавать ARP-таблицы вручную. Обратите внимание, что каждый компьютер в сети поддерживает свою собственную ARP-таблицу.

Куда бы не передавались сетевым устройством данные, для их пересылки всегда используется информация, хранящаяся в ARPтаблице (рис. ниже: одно из устройств хочет передать данные другому устройству).

Функционирование протокола ARP в подсетях

Для передачи данных от одного узла другому отправитель должен знать IP- и MAC-адрес получателя. Если он не может получить искомый физический адрес из собственной ARP-таблицы, инициируется процесс, называемый ARPзапросом, ко торый проиллюстрирован на рис. выше.

ARP-запрос позволяет узлу определить MAC-адрес получателя. Узел создает фрейм ARP-запроса и рассылает его всем сетевым устройствам. Фрейм ARP-запроса состоит из двух частей:

• заголовка фрейма;
• сообщения ARP-запроса.

Для того чтобы все устройства могли получить ARP-запрос, используется широковещательный MAC-адрес. В схеме MAC-адресации широковещательный адрес содержит во всех битах шестнадцатеричное число F и имеет, таким образом, вид FF-FF-FF-FF-FF-FF (Такая запись MAC-адреса называется канонической, в ней части адреса разделены дефисом (-); существует также альтернативная запись, в которой части адреса разделены двоеточием (:).). Поскольку пакеты ARP-запроса передаются в широковещательном режиме, все сетевые устройства, подключенные к локальной сети, могут получить такие пакеты и передать их протоколам более высоких уровней для последующей обработки. Если IP-адрес устройства совпадает с IP-адресом получателя в широковещательном ARP-запросе, это устройство отвечает отправителю, сообщая свой MAC-адрес. Такое сообщение называется ARP-ответом.

После получения ARP-ответа устройство-отправитель широковещательного ARP-запроса извлекает MAC-адрес из поля аппаратного адреса отправителя и обновляет свою ARP-таблицу. Теперь это устройство может надлежащим образом адресовать пакеты, используя как MAC-, так и IP-адрес. Полученная информация используется для инкапсуляции данных на втором и третьем уровнях перед их отправкой по сети. Когда данные достигают пункта назначения, на канальном уровне проводится проверка на соответствие адреса, отбрасывается канальный заголовок, который содержит MAC-адреса, и данные передаются на сетевой уровень. На сетевом уровне проверяется соответствие собственного IP-адреса и IP-адреса получателя, содержащегося в заголовке третьего уровня. На сетевом уровне отбрасывается IP-заголовок, и инкапсулированные данные передаются на следующий уровень - транспортный (уровень 4). Подобный процесс повторяется до тех пор, пока оставшиеся, частично распакованные, данные не достигнут приложения (уровень 7), в котором будет прочитана пользовательская часть данных.

ARP кэш

На каждом хосте содержится ARP кэш (ARP cache). Записи в эше могут быть двух видов: статические и динамические. В современных сетевых ОС (Windows, Linux, BSD) можно просмотреть эти записи в консоли с помощью команды:

Очистка ARP кэша

Иногда в Windows ARP кэш оказывается поврежденным (действие вирусов, например) и его нужно очистить. «Симптомы» этой проблемы могут быть распознаны в не возможности отображения веб-страниц (time out) и ping`а других компьютеров.

Чтобы очистить ARP кэш в Windows нужно в командной строке набрать:

C:>netsh interface ip delete arpcache Ok.

Если не удалось очистить ARP кэш и появилось сообщение об ошибке вроде этого «Невозможно завершить исправление ошибки, так как не удается выполнить следующие действия: Выполнить очистку ARP-кэша». То нужно отключить службу «Маршрутизация и удаленный доступ» и попробовать снова. Процесс удаления ARP-кэша должен быть выполниться без ошибок.

Еще одна команда для очистки ARP-кэша:

ARP-spoofing

ARP-spoofing (ARP-poisoning) - это вид сетевой атаки в Ethernet-сетях в котором используются особенности работы протокола ARP. Суть механизма данной атаки заключается в следующем: перехватив широковещательный ARP-запрос в домене широковещательных рассылок, отправителю высылается ложный ARP-ответ, в котором атакующая сторона выдает себя за получателя (например, за маршрутизатор), а затем начинает контролировать весь трафик предназначенный для настоящего объекта в сети.

Противодействовать атакам такого рода можно отслеживая работу ARP (с помощью arpwatch) или шифруя передаваемый трафик на сетевом уровне (IPSec) и другими способами.

ARP и IPv6

В IPv6 больше не используется ARP. На его замену пришел NDP (The Neighbor Discovery Protocol ). Этот протокол описан в

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.

ARP-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Табл.1. Пример ARP-таблицы

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети internet. Если машину перемещают в другую часть сети internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

Протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol) является обязательным стандартом TCP/IP, описанным в документе RFC 792, «Internet Control MessageProtocol (ICMP)». Используя ICMP, узлы и маршрутизаторы, связывающиеся по протоколу IP, могут сообщать об ошибках и обмениваться ограниченной управляющей информацией и сведениями о состоянии.

ICMP-сообщения обычно автоматически отправляются в следующих случаях.

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизаторстолкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.

Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.

Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.

Формат ICMP-пакета

ICMP-сообщения инкапсулируются и передаются в IP-датаграммах, как показано на следующем рисунке.

Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку. Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.

Прежде всего, TCP и UDP - протоколы. А основное их отличие в том TCP - протокол с гарантированной доставкой пакетов, UDP - нет.

TCP - «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

UDP протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.
UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.
И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

Rip ospf

В первое время RIP распространялся вместе с операционной системой BSD и не рассматривался в качестве стандарта для Интернет. Однако впоследствии, подобно множеству других служб BSD, он стал критически важным элементом IP-сетей. В настоящее время в документах IETF закреплено две версии RIP: версия 1 (исходная) - в RFC 1058 и версия 2 - в RFC 1722 (Internet Standard 56). Обе они похожи, но между ними имеются некоторые важные различия.

Протокол RIP основан на алгоритме “длины векторов” (distance-vector), который связывает длину маршрута (число переходов - hops) с его вектором (сетью или хостом назначения). Информацию о маршрутах к тем или иным сетям/хостам устройства RIP получают от соседних маршрутизаторов и затем выбирают маршрут с наименьшим числом переходов. Как только маршрут к месту назначения выбран, он сохраняется в локальной базе данных, а информация обо всех остальных маршрутах к тому же месту назначения стирается. Периодически каждый маршрутизатор сообщает остальным об обнаруженных им маршрутах.

Количество переходов в RIP равно числу маршрутизаторов между отправителем и сетью/хостом назначения. Если маршрутизатор подключен к требуемой сети напрямую, то расстояние до нее - ноль переходов. Если для доступа к нужной сети требуется лишь переслать дейтаграммы через соседний маршрутизатор, то расстояние до нее равно одному переходу. Когда маршрутизатор рассылает информацию о найденном маршруте, он увеличивает число переходов на единицу. Как только эти данные поступают на соседние маршрутизаторы, они сравниваются с информацией их собственных баз данных. Если какой-нибудь из предложенных маршрутов оказывается короче, нежели хранящийся в базе данных, он заносится в локальную таблицу маршрутизации, а маршрутизатор, с которого пришло сообщение, становится первым узлом для пересылки трафика по этому маршруту.

Протокол OSPF появился как ориентированный на IP-сети вариант протокола IS-IS. Он определен в нескольких документах IETF: в RFC 1131 описан OSPF 1 (устаревшая версия), в RFC 1583, - вероятно, самая распространенная версия OSPF 2, и, наконец, в RFC 2328 определен последний вариант OSPF 2 (Internet Standard 54).

При использовании OSPF на каждом маршрутизаторе содержится независимая база данных по административной области маршрутизации, включающая информацию о доступных сетях, маршрутизаторах и стоимости каждого соединения. Когда состояние сети, маршрутизатора или интерфейса изменяется, каждый обнаруживший это маршрутизатор (в пределах области) вносит информацию в локальную базу данных, а затем соответственно перестраивает карты маршрутизации. Выбор маршрута производится с учетом стоимости всех маршрутов к конкретной точке назначения и напрямую не зависит от числа переходов. Другими словами, для выбора оптимальных маршрутов в OSPF применяется алгоритм “стоимости векторов” (cost vector).

Эта модель предоставляет больше возможностей для улучшения маршрутизации (например, быстрее происходит синхронизация изменений), но требует большей вычислительной мощности и большего объема памяти от участвующих в процессе машин. По этой причине на рынке гораздо шире представлены системы с поддержкой RIP, нежели OSPF. Например, хотя во многих серверных ОС имеются те или иные OSPF-демоны, лишь очень небольшое число сетевых клиентов или устройств низшего класса поддерживают OSPF, поскольку даже для пассивного “прослушивания” приходится снабжать устройство полнофункциональным механизмом анализа базы данных OSPF.

В основе архитектуры OSPF лежит концепция административных областей. Маршрутизаторы, работающие в одной области, обмениваются подробной информацией о ней, но маршрутизаторам из удаленных областей передаются только общие сведения. Если имеется несколько областей, то для обмена информацией между ними организуется магистральная (стержневая) область. Через нее пограничные устройства будут обмениваться общей информацией, что означает наличие в OSPF двухуровневой иерархии обмена маршрутной информацией между областями (это относится не ко всему сетевому трафику, а только к сообщениям протоколов маршрутизации).

Областям присваиваются 32-битовые идентификаторы (обычно они представлены в виде адресов IPv4), магистраль же всегда имеет номер 0. Маршрутизаторы могут одновременно присутствовать в нескольких областях, но для каждой из них они должны хранить отдельную базу данных о состоянии соединений. Согласно терминологии OSPF, маршрутизатор, присутствующий одновременно в нескольких областях, называется ABR (Area Border Router), а маршрутизатор, обменивающийся данными с другим протоколом маршрутизации, - ASBR (Autonomous System Border Router).

Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети, или же протокол глобальной сети (X.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ.

В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.

Принцип работы:

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.

Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным.

В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

Arp-таблица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети.

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;

Примет таблицы для технологии Ethernet:

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными числами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой.

IP-адрес выбирает менеджер сети. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

Arp кэш.

Эффективность функционирования ARP во многом зависит от ARP кэша (ARP cache), который присутствует на каждом хосте.

Стандартное время жизни каждой записи в кэше составляет 20 минут с момента создания записи.

Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отправляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

По сети передается широковещательный ARP-запрос.

Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: "Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес". Пакет ARP-запроса выглядит примерно так:

Пример ARP-запроса

Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: "Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес". Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

Пример ARP-ответа

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.

Обновленная таблица выглядит следующим образом: