Протоколы ARP, RARP, IP, ICMP. Для чего используется протокол ARP?

Видео: Протокол ARP | Курс "Компьютерные сети"

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.

Видео: Управляющие протоколы сетевого уровня | Курс "Компьютерные сети"

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. Администратор сети 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.

Видео: Передача пакетов на сетевом и канальном уровнях | Курс "Компьютерные сети"

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.

Видео: Протокол ICMP, утилита traceroute | Практика по курсу "Компьютерные сети"

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.

Протокол интернет-контроля 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 аппаратные средства, используемые в дополнение к TCP/IP и необходимые для осуществления корректной связи между устройствами в сети.