Address Resolution Protocol

Παράδειγμα χρήσης του πρωτόκολλου ARP: 2 hosts, 2 δρομολογητές

Το Address Resolution Protocol (ARP) (πρωτόκολλο επίλυσης διευθύνσεων) ορίστηκε στο RFC 826 και χρησιμοποείται για να βρεθεί μια διεύθυνση του στρώματος συνδέσμου (link layer) ή διεύθυνση εξοπλισμού (hardware address) ενός host με βάση μια διεύθυνση του επιπέδου επικοινωνίας (network layer). Αν και το συναντάμε κυρίως με τα πρωτόκολλα IPv4 και Ethernet (το RFC 826 το ονομάζει πρωτόκολλο επίλυσης διευθύνσεων Ethernet (Ethernet Address Resolution Protocol)), το ARP μπορεί να χρησιμοποιηθεί με το IP πάνω στο ATM ή το FDDI.

Η λειτουργία του ARP μπορεί να χωριστεί σε 4 κατηγορίες:

Όταν ένας host θέλει να στείλει ένα πακέτο σ'έναν άλλο host που βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο
Όταν οι δυο host βρίσκονται σε διαφορετικά δίκτυα και επικοινωνούν μέσω μιας πύλης/δρομολογητή (gateway/router): π.χ. Α → B
Όταν ένας δρομολογητής πρέπει να προωθήσει ένα πακέτο ενός host μέσω άλλου δρομολογητή: π.χ. B → C
Όταν ένας δρομολογητής πρέπει να προωθήσει ένα πακέτο ενός host προς έναν άλλο, ο οποίος βρίσκεται στο ίδιο δίκτυο: π.χ. C → D

Η πρώτη περίπτωση ισχύει όταν δυο host βρίσκονται στο ίδιο φυσικό δίκτυο (physical network, π.χ. συνδεδεμένοι με ένα καλώδιο Ethernet), κατά συνέπεια επικοινωνούν απευθείας, χωρίς την μεσολάβηση δρομολογητή. Οι υπόλοιπες τρεις είναι οι πιο κοινές στο Διαδίκτυο εφ'όσον δυο host χωρίζονται σχεδόν πάντα από πάνω από τρεις κόμβους.

Δομή πακέτων

Bit 0-7	Bit 8-15	Bit 16-23	Bit 24-31
Τύπος υλικού (ΤΥ)		Τύπος πρωτόκολλου (ΤΠ)
Μέγεθος ΤΥ (ΜΤΥ)	Μέγεθος ΤΠ (ΜΤΠ)	Ενέργεια (Λ)
Διεύθυνση υλικού αποστολέα (ΔΥΑ)
Διεύθυνση πρωτοκόλλου αποστολέα (ΔΠΑ)
Διεύθυνση υλικού παραλήπτη (ΔΥΠ)
Διεύθυνση πρωτοκόλλου παραλήπτη (ΔΠΠ)

Τύπος υλικού (hardware type): Ένας αριθμός προσδιορίζεται σε κάθε πρωτόκολλο του στρώματος συνδέσμου, π.χ. 1 για το Ethernet, και γράφεται στο πεδίο αυτό.
Τύπος πρωτόκολλου (protocol type): Ένας αριθμός προσδιορίζεται σε κάθε πρωτόκολλο, π.χ. 0x0800 για το IPv4, που αντιγράφετε στο πεδίο αυτό.
Μέγεθος τύπου υλικού (hardware length): Μέγεθος σε bytes της διεύθυνσης υλικού, π.χ. 6 για διευθύνσεις Ethernet.
Μέγεθος τύπου πρωτόκολλου: Μέγεθος σε bytes της διεύθυνσης λογικού τύπου, π.χ. 4 για διευθύνσεις IPv4.
Ενέργεια (operation): Καθορίζει την ενέργεια που εκτελεί ο αποστολέας: 1 για ερώτημα και 2 για απάντηση.
Διεύθυνση υλικού αποστολέα (sender hardware address): Διεύθυνση υλικού του αποστολέα. Το μέγεθος του πεδίου αυτού δεν είναι σταθερό ˙ εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιείται.
Διεύθυνση πρωτοκόλλου αποστολέα (sender protocol address): Διεύθυνση πρωτοκόλλου του αποστολέα. Το μέγεθος του πεδίου αυτού δεν είναι σταθερό ˙ εξαρτάται από το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται.
Διεύθυνση υλικού παραλήπτη (sender hardware address): Διεύθυνση υλικού του τελικού παραλήπτη. Το μέγεθος του πεδίου αυτού δεν είναι σταθερό ˙ εξαρτάται από το υλικό που χρησιμοποιείται. Εαν η ενέργεια είναι ερώτημα, το πεδίο αυτό είναι άγνωστο και εξ ορισμού τιμή είναι 0.
Διεύθυνση πρωτοκόλλου παραλήπτη (sender protocol address): Διεύθυνση πρωτοκόλλου του τελικού παραλήπτη. Το μέγεθος του πεδίου αυτού δεν είναι σταθερό ˙ εξαρτάται από το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται.

Λειτουργία

Τύπωση του κατάλογου ARP σε Linux με την εντολή *arp*

Κάθε host που είναι συδεδεμένος σ'ένα δίκτυο που βασίζεται στο ARP κρατάει έναν κατάλογο (ARP table) ζεύγων του τύπου Διεύθυνση πρωτοκόλλου → Αντίστοιχη διεύθυνση υλικού (π.χ. ο δρομολογητής μπορεί να έχει το ζέυγος 192.168.0.30 → 30:30:30:30:30:30 για τον host C). Στη περίπτωση που, για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, δεν υπάρχει επικοινωνία με έναν host που βρίσκεται στον κατάλογο, το ζεύγος που τον αναφέρει αφερείται.

Τα ερωτήματα ARP στέλνονται με broadcast, που σημαίνει πως διάφοροι host τα λαμβάνουν. Παρακάτω δίνεται η λίστα των βημάτων που ακολουθεί ένας host όταν λάβει ένα ερώτημα ARP:

Αν το ζεύγος πεδίο ΔΠΑ → πεδίο ΔΥΑ δεν βρίσκεται στον κατάλογο, το προσθέτουμε
Αν ο κατάλογος περιέχει ένα ζεύγος με διεύθυνση πρωτοκόλλου ίδια με το πεδίο ΔΠΠ, απαντάμε με τα ανάλογα στοιχεία στον αποστολέα...
... αλλιώς, αν το πεδίο ΔΠΠ αντιστοιχεί σε μια από τις διευθύνσεις πρωτοκόλλου του host, απαντάμε με τα ανάλογα στοιχεία στον αποστολέα...
... αλλιώς απορρίπτουμε το πακέτο.

Παράδειγμα

Στο εξής παράδειγμα, υποθέτουμε πως κανένα πακέτο δεν έχει σταλθεί ακόμα, οπότε κανένας υπολογιστής δεν έχει γνώση των γειτόνων του. Ο Α θέλει να στείλει ένα μήνυμα στο Β ˙ ωρίστε τα πακέτα που κυκλοφορούν στο δίκτυο (υποθέτουμε πως δεν υπάρχει καμία άλλη δραστηριότητα). Για να βρει την διεύθυνση υλικού του Β, ο Α κάνει broadcast ένα ερώτημα ARP.

Ερώτημα

Bit 0-7	Bit 8-15	Bit 16-23	Bit 24-31
Τύπος υλικού = 1		Τύπος πρωτόκολλου = 0x0800
Μέγεθος ΤΥ = 6	Μέγεθος ΤΠ = 4	Ενέργεια = 1
Διεύθυνση υλικού αποστολέα = 0x101010101010
Διεύθυνση πρωτοκόλλου αποστολέα = 0xC0A8000A
Διεύθυνση υλικού παραλήπτη = αυτό ψάχνουμε
Διεύθυνση πρωτοκόλλου παραλήπτη = 0xC0A80014

Απάντηση (από τον δρομολογητή)

Το ερώτημα αυτό φτάνει στον δρομολογητή ο οποίος ξέρει πως ο host Β δεν βρίσκεται στο ίδιο υποδίκτυο (subnet) με τον Α. Στέλνει λοιπόν το εξής πακέτο απάντηση^[1]:

Bit 0-7	Bit 8-15	Bit 16-23	Bit 24-31
Τύπος υλικού = 1		Τύπος πρωτόκολλου = 0x0800
Μέγεθος ΤΥ = 6	Μέγεθος ΤΠ = 4	Ενέργεια = 2
Διεύθυνση υλικού αποστολέα = 0xDDDDDDDDDDDD
Διεύθυνση πρωτοκόλλου αποστολέα = 0xC0A80014
Διεύθυνση υλικού παραλήπτη = 0x101010101010
Διεύθυνση πρωτοκόλλου παραλήπτη = 0xC0A8000A

Πρώτη αποστολή δεδομένων από τον Α στον Β

Ο Α μπορεί τώρα να επικοινωνήσει με τον Β. Στέλνει λοιπόν το πρώτο πακέτο δεδομένων με διεύθυνση πρωτοκόλλου 192.168.0.20 αλλά διεύθυνση υλικού DD:DD:DD:DD:DD:DD. Ο δρομολογητής διαβάζει το πακέτο (αφού του προορίζεται με βάση την διεύθυνση MAC) αλλά συνειδητοποιεί πως δεν είναι ο τελικός αποδέκτης (με βάση την διεύθυνση IP).

Εφ'όσον, υποθέτουμε ότι δεν έχει γίνει ακόμα καμία ανταλλαγή δεδομένων (πλην τα δυο παραπάνω πακέτα), ο δρομολογητής δεν ξέρει την διεύθυνση υλικού του υπολογιστή με διεύθυνση IP 192.168.0.20, γι'αυτόν τον λόγο στέλνει μέσω της διεπαφής δικτύου (network interface) που τον συνδέει με το υποδίκτυο όπου βρίσκεται ο Β, ένα ερώτημα ARP όπως το παραπάνω αλλάζοντας μόνο^[2] τα πεδία ΔΥΑ, ΔΠΑ (με τα στοιχεία του δρομολογητή, 0xDDDDDDDDDDDD και 0xC0A800FE αντίστοιχα).

Απάντηση του Β

Το ερώτημα φτάνει στον Β που διαβάζοντας το πεδίο ΔΠΠ ξέρει πως το μύνημα τον αφορά και πρέπει να απαντήσει. Στέλνει λοιπόν το εξής πακέτο, με αποδέκτη τον δρομολογητή:

Bit 0-7	Bit 8-15	Bit 16-23	Bit 24-31
Τύπος υλικού = 1		Τύπος πρωτόκολλου = 0x0800
Μέγεθος ΤΥ = 6	Μέγεθος ΤΠ = 4	Ενέργεια = 2
Διεύθυνση υλικού αποστολέα = 0x303030303030
Διεύθυνση πρωτοκόλλου αποστολέα = 0xC0A80014
Διεύθυνση υλικού παραλήπτη = 0xDDDDDDDDDDDD
Διεύθυνση πρωτοκόλλου παραλήπτη = 0xC0A800FE

Ο δρομολογητής μπορεί πλέον τώρα να προωθήσει τα δεδομένα του Α στον Β. Αν ο Β χρειαστεί να απαντήσει στον Α, πρέπει να βρει την διεύθυνση υλικού του. Στέλνει λοιπόν ερώτημα και λαμβάνει απάντηση από τον δρομολογητή (ο οποίος έχει τα αναγκαία στοιχεία στον κατάλογο ARP του) που συμπεριλαμβάνει την διεύθυνση MAC DD:DD:DD:DD:DD:DD.

Κατάσταση των καταλόγων ARP

Υποθέτουμε πως ο Β έστειλε πίσω δεδομένα στον Α.

Δρομολογητής		A		B		C
Διευ. πρωτο.	Διευ. υλικού	Διευ. πρωτο.	Διευ. υλικού	Διευ. πρωτο.	Διευ. υλικού	Διευ. πρωτο.	Διευ. υλικού
192.168.0.10	10:10:10:10:10:10	192.168.0.20	DD:DD:DD:DD:DD:DD	192.168.0.254	DD:DD:DD:DD:DD:DD	×	×
192.168.0.20	20:20:20:20:20:20	×	×	192.168.0.10	DD:DD:DD:DD:DD:DD	×	×

InARP και RARP

To InARP (Inverse ARP) χρησιμοποιείται για να βρεθεί μια διεύθυνση πρωτοκόλλου με βάση μια διεύθυνση υλικού. Ορίστηκε στο RFC 2390 και λειτουργεί ως επέκταση του ARP εφ'όσον βασίζεται στην ίδια δομή πακέτων (μόνο ο κωδικός λειτουργίας αλλάζει).

Το RARP (Reverse ARP) προτείνει την ίδια υπηρεσία, αλλά για να βρεθεί η διεύθυνση υλικού του ίδιου του αποστολέα. Ορίστηκε στο RFC 903 και δεν είναι μέρος της στοίβας TCP/IP διότι δεν είναι ένα πρωτόκολλο IP^[3]. Το πρωτόκολλο αυτό είναι πια ξεπερασμένο και αντικαθίσταται με το BOOTP.

Σημειώσεις

↑ για περισότερες πληροφορίες βλ. δρομολογητής
↑ για την ακρίβεια, αν το υλικό που χρησιμοποιείται δεν είναι το ίδιο, π.χ. αν η σύνδεση δρομολογητή-Β γίνεται μέσω ομοαξονικού καλωδίου αντί για Ethernet, πρέπει να αλλάξουν επίσης τα πεδία ΤΥ και ΜΤΥ. Για λόγους ευκολίας, υποθέτουμε πως όλα λειτουργούν με Ethernet.
↑ για να μπορέσει να διαβάσει ένα πακέτο RARP, ένας host πρέπει να κατέχει τις αναγκαίες ειδικές λειτουργίες που δεν βρίσκονται εξ ορισμού στις υλοποιήσεις της στοίβας TCP/IP

Δείτε επίσης

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

ARP, Address Resolution Protocol — Σύντομη παρουσίαση του ARP (αριθμοί πρωτοκόλλων, σχετικά RFC, κλπ.) (Αγγλικά)
Πιο πλήρης παρουσίαση του ARP (Αγγλικά)
RFC 1180 — A TCP/IP tutorial, ένα άλλο παράδειγμα απλής χρήσης του ARP (Αγγλικά)
Ένα παράδειγμα χρήσης του ARP σε μικρό δίκτυο με δρομολογητή (Αγγλικά)

[1] για περισότερες πληροφορίες βλ. δρομολογητής

[2] για την ακρίβεια, αν το υλικό που χρησιμοποιείται δεν είναι το ίδιο, π.χ. αν η σύνδεση δρομολογητή-Β γίνεται μέσω ομοαξονικού καλωδίου αντί για Ethernet, πρέπει να αλλάξουν επίσης τα πεδία ΤΥ και ΜΤΥ. Για λόγους ευκολίας, υποθέτουμε πως όλα λειτουργούν με Ethernet.

[3] για να μπορέσει να διαβάσει ένα πακέτο RARP, ένας host πρέπει να κατέχει τις αναγκαίες ειδικές λειτουργίες που δεν βρίσκονται εξ ορισμού στις υλοποιήσεις της στοίβας TCP/IP

[1]

[2]

[3]