Таблица arp что это в роутере

Каждый сетевой инженер знает, как провести простейшую диагностику удаленного хоста: проверить приходят ли арпы, пингуется ли ip-адрес. «Арпы» — это записи с данным IP-адресом в ARP-таблице оборудования, на которое стучится проверяющий. Если её нет, то итог может быть печален – физически канал подключен, а логика не настроена, в следствие чего мак-адрес не резолвится. Если тебе понятно хотя бы два слова их двух последних предложений — ты не безнадежен

ARP (Address Resolution Protocol, RFC 826) — протокол для определения соответствия между логическим адресом сетевого уровня (IP) и физическим адресом устройства (MAC). Сама связь между двумя устройствами в сети проходит именно на канальном уровне (куда и относятся мак-адреса).

Протокол ARP имеет буфер, где и хранится пара IP-адрес — MAC-адрес. Эта информация заносится в т.н. ARP-таблицу. Она служит, чтобы устройства не тратили лишний трафик на очередную идентификацию — это снижает драгоценные миллисекунды при передаче данных. Кстати, в интернете до сих пор нет единого мнения на каком уровне работает APR — на втором (ethernet) или на третьем (ip).

Многие называют его протоколом «2,5 уровня»: ARP должен работать поверх уровня ethernet (это условие выполняется), но поверх ARP должен работать хотя бы один протокол сетевого уровня. Однако в ARP не инкапсулируется ни один из протоколов третьего уровня модели OSI. Таким образом получается подобие уровня 2.5, что-то среднее между канальным и сетевым.

Что за ARP-таблица?

APR-таблица представляет собой…таблицу. В ней всего два основных столбца — айпишник и мак. В то же время, в зависимости от устройства и запроса она будет содержать другие данные (динамика/статика), интерфейс, ip адрес источника (отправителя) и т.д. Например, ARP-таблица на коммутаторе Dlink выглядит так:

Здесь можно обратить внимание на широковещательный адрес (broadcast). Поле «адрес назначения Ethernet» заполняется единицами (ff:ff:ff:ff:ff:ff). Коммутатор, получив такой широковещательный фрейм, отправляет его всем компьютерам сети, как бы обращаясь ко всем с вопросом: «если Вы владелец этого ip адреса (ip адреса назначения), пожалуйста сообщите мне Ваш mac адрес».

Как это работает?

Как туда попадают эти записи? Суть в том, что IP-пакет создается с IP-адресом источника и назначения. Сам этот пакет будет инкапсулирован в кадр Ethernet с MAC-адресом источника и назначения. Окей, свой-то мак-адрес устройство знает. А как ему узнать мак-адрес получателя, чтобы пальнуть в него этим ethernet-кадром? Для этого и существует потокол ARP

Один из хостов, которые получили этот широковещательный пакет, видит, что IP-адрес принадлежит ему. И в ответ шлет свой MAC-адрес. Соответственно запись связки IP-MAC заносится в ARP-таблицу. В следующий раз, понятное дело, это операция (для конкретного устройства с этим IP) уже не понадобится.

Наглядно:

Итак. у нас есть два ПК1 и ПК2. Придумаем им IP и MAC-адрес

Давайте из ПК1 запустим команду Ping

Немного разберём команду. Ping использует протокол ICMP — сетевой протокол из стэка протоколов TCP/IP. Наш сформированный пакет IP-пакет будет иметь исходный IP-адрес ПК1 (192.168.1.1) и IP-адрес назначения ПК2 (192.168.1.2). Дальше мы инкапуслируем IP-пакет в кадр Ethernet . В этом кадре мы уже устанавливаем MAC-адреса: исходный ПК1 (AAA) и целевой ПК2 (BBB).

Итак, компьютер понимает, что он не знает MAC-адрес компьютера, доступность которого надо проверить. Для этого отправляется широковещательный пакет, о котором мы писали выше. Это сообщение достигнет всех компьютеров в сети

ПК видит, что этот IP принадлежит ему и ответит сообщением ARP Reply — «Это я! И это мой MAC-адрес». Теперь ПК1 может добавить MAC-адрес в свою таблицу ARP и начать пересылку данных в сторону ПК2.

Это очень краткое и поверхностное изложение протокола ARP — далеко не все аспекты работы лежат на поверхности. Дальше — самостоятельная работа. Stay Tuned!

Время на прочтение
12 мин

Количество просмотров 124K

Привет habr! Каждый будущий инженер в процессе изучения сетевых технологий знакомится с протоколом ARP (Address Resolution Protocol, далее ARP). Основная задача протокола – получить L2 адрес устройства при известном L3 адресе устройства. На заре профессиональной карьеры начинающий специалист, как мне кажется, редко сталкивается с ситуациями, когда нужно вспомнить про существование ARP. Создаётся впечатление, что ARP – это некоторый автономный сервис, не требующий никакого вмешательства в свою работу, и при появлении каких-либо проблем со связью многие по неопытности могут забыть проверить работу ARP.

Я помню свой порядок мыслей, когда я начинал работать сетевым инженером: «Так, интерфейс поднялся, ошибок по физике вроде как не видно. Маршрут, куда слать пакеты, я прописал. Списков доступа никаких нет. Так почему же не идёт трафик? Что маршрутизатору ещё не хватает?» Рано или поздно каждый сетевой инженер столкнётся с проблемой, причина которой будет лежать именно в особенностях работы/настройки ARP на сетевом оборудовании. Простейший пример: смена шлюза на границе сети (например, вместо сервера MS TMG устанавливаем маршрутизатор). При этом конфигурация маршрутизатора была проверена заранее в лабораторных условиях. А тут, при подключении к провайдеру никакая связь не работает. Возвращаем MS TMG — всё работает. Куда смотреть после проверки канального и физического уровня? Наиболее вероятный ответ – проверить работу ARP.

В данной заметке я не буду подробно описывать принципы работы ARP и протоколов этого семейства (RARP, InARP, UnARP и т.д.). На эту тему уже существует уйма статей в Интернете (например, здесь не плохо описаны разновидности ARP). Единственный теоретический момент, на котором я заострю чуть больше внимания, – механизм Gratuitous ARP (GARP).

Статья будет состоять из двух частей. В первой части будет немного теории и особенности работы ARP на маршрутизаторах Cisco, связанные с правилами NAT и с функцией Proxy ARP. Во второй части опишу отличия в работе ARP между маршрутизаторами Cisco и межсетевыми экранами Cisco ASA, а также поделюсь несколькими интересными случаями из практики, связанными с работой ARP.

Чуть-чуть теории

ARP-запрос/ARP-ответ

Ниже представлен пример обмена ARP-запросом/ARP-ответом в программе-сниффере Wireshark:

ARP-запрос отправляется на широковещательный MAC-адрес ff:ff:ff:ff:ff:ff. В теле ARP-запроса поле с неизвестным значением Target MAC Address заполняется нулями.

ARP-ответ отправляется на MAC-адрес получателя, отправившего ARP-запрос. В поле Sender MAC Address указывается запрашиваемый MAC-адрес устройства.

Поле opcode в заголовке ARP может принимает значение 1 для ARP-запроса и значение 2 для ARP-ответа.

Чтобы два устройства могли начать передавать трафика между собой, в их ARP-таблицах должна существовать соответствующая запись о соседнем устройстве. Логично предположить, чтобы ARP-запись появилась в таблицах, для каждого устройства должна отработать процедура ARP-запрос/ARP-ответ. То есть перед передачей трафика в сети должны пройти по два ARP-запроса и два ARP-ответа (ARP-запрос/ARP-ответ для первого компьютера и ARP-запрос/ARP-ответ для второго компьютера). Однако, данное предположение верно не для всех случаев. Сетевое оборудование Cisco добавляет новую запись в ARP-таблицу сразу по приходу ARP-запроса от удалённого устройства.

Рассмотрим пример. В широковещательный домен добавляется новое устройство с адресом 198.18.0.200. Запустим пинг с нового устройства и посмотрим debug arp на маршрутизаторе Cisco:

019383: Feb  4 10:38:55 UTC: IP ARP: rcvd req src 198.18.0.200 64e9.50c8.d6cd, dst 198.18.0.1 GigabitEthernet0/0/1.7
019384: Feb  4 10:38:55 UTC: IP ARP: creating entry for IP address: 198.18.0.200, hw: 64e9.50c8.d6cd
019385: Feb  4 10:38:55 UTC: IP ARP: sent rep src 198.18.0.1 d8b1.902e.e741,
                 dst 198.18.0.200 64e9.50c8.d6cd GigabitEthernet0/0/1.7

Как видно, сразу по пришествии ARP-запроса от неизвестного IP-адреса (rcvd req src 198.18.0.200), маршрутизатор создаёт соответствующую запись в своей ARP-таблице (creating entry for IP address: 198.18.0.200, hw: 64e9.50c8.d6cd).

Для текущей статьи я не проводил подробного исследования по вопросу, какое именно сетевое оборудование добавляет ARP-запись по пришествии ARP-запроса. Однако, предполагаю, описанное поведение присуще не только сетевому оборудованию Cisco, но и сетевому оборудованию других производителей, так как данный механизм позволяет существенно сократить ARP-трафик в сети.

Gratuitous ARP

Механизм Gratuitous ARP используется для оповещения устройств в рамках широковещательного домена о появлении новой привязки IP-адреса и MAC-адреса. Когда сетевой интерфейс устройства получает настройки IP (вручную или по DHCP), устройство отправляет Gratuitous ARP сообщение, чтобы уведомить соседей о своём присутствии. Gratuitous ARP сообщение представляет собой особый вид ARP-ответа. Поле opcode принимает значение 2 (ARP-ответ). MAC-адрес получается как в заголовке Ethernet, так и в теле ARP-ответа является широковещательным (ff:ff:ff:ff:ff:ff). Поле Target IP Address в теле ARP-ответа совпадает с полем Sender IP Address.

Механизм Gratuitous ARP используется для многих целей. Например, с помощью Gratuitous ARP можно уведомить о смене MAC-адреса или обнаружить конфликты IP-адресов. Другой пример — использование протоколов резервирования первого перехода (First Hop Redundancy Protocols), например, HSRP у Cisco. Напомню, HSRP позволяет иметь виртуальный IP-адрес, разделённый между двумя или более сетевыми устройствами. В нормальном режиме работы обслуживание виртуального IP-адреса (ответы на ARP-запросы и т.д.) обеспечивает основное устройство. При отказе основного устройства обслуживание виртуального IP-адреса переходит ко второму устройству. Чтобы уведомить о смене MAC-адреса ответственного устройства, как раз отправляется Gratuitous ARP-сообщения.

В примере ниже представлено Gratuitous ARP сообщение при включении сетевого интерфейса маршрутизатора с настроенным IP-адресов 198.18.0.1.

Если на маршрутизаторе настроен secondary IP-адрес, при переходе интерфейса в состояние UP будут отправлены Gratuitous ARP уведомления для каждого IP-адреса интерфейса. В примере ниже представлены Gratuitous ARP сообщения, отправляемые при включении интерфейса маршрутизатора с основным IP-адресом 198.18.0.1 и secondary IP-адресом 198.18.2.1.

Безусловно, маршрутизатор будет отвечать на ARP-запросы как для основного, так и для secondary IP-адреса.

Логично предположить, что как только устройство получает Gratuitous ARP, сразу добавляется новая запись в ARP-таблицу. Однако это не так. Если в таблице устройства отсутствовала ARP-запись, связанная с IP-адресом из Gratuitous ARP сообщения, новая запись добавлена не будет. При необходимости отправить трафик будет сформирован ARP-запрос и получен ARP-ответ. Только после этой процедуры новая запись добавится в ARP-таблицу.

Пример на маршрутизаторе Cisco. Включим debug arp и подключим в широковещательный домен новое устройство с адресом 198.18.0.200. До подключения нового устройства ARP-таблица маршрутизатора выглядит следующим образом:

cisco#sh arp | inc 198.18.0.200
<вывод пуст>

Включаем новое устройство с адресом 198.18.0.200. Получаем debug-сообщение о приходе Gratuitous ARP:

IP ARP: rcvd rep src 198.18.0.200 64e9.50c8.d6cd, dst 198.18.0.200 GigabitEthernet0/0/1

Проверяем ARP-таблицу:

cisco#sh arp | inc 198.18.0.200
<вывод пуст>

Новая запись не появилась. Делаем пинг до нового адреса:

cisco#ping 198.18.0.200
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 198.18.0.200, timeout is 2 seconds:

019275: Feb  4 10:23:06 UTC: IP ARP: creating incomplete entry for IP address: 198.18.0.200 interface GigabitEthernet0/0/1
019276: Feb  4 10:23:06 UTC: IP ARP: sent req src 198.18.0.1 d8b1.902e.e741,
                 dst 198.18.0.200 0000.0000.0000 GigabitEthernet0/0/1
019277: Feb  4 10:23:06 UTC: IP ARP: rcvd rep src 198.18.0.200 64e9.50c8.d6cd, dst 198.18.0.1 GigabitEthernet0/0/1

.!!!!
Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 2/2/3 ms

Debug-сообщения показывают, что прошла процедура ARP-запрос/ARP-ответ. Проверяем ARP-таблицу:

cisoc#sh arp | i 198.18.0.200
Internet  198.18.0.200            6   64e9.50c8.d6cd  ARPA   GigabitEthernet0/0/1

Новая запись появилась.

ARP и NAT на маршрутизаторах Cisco

Теперь рассмотрим, как обстоят дела с ARP, если на маршрутизаторе используются правила трансляции сетевых адресов – NAT или PAT. В этом случае, мы можем транслировать адрес или адреса локальной сети либо в адрес интерфейса маршрутизатора, либо в какой-либо другой адрес, который будет называться в терминологии NAT внутренним глобальным адресом (inside global или inside mapped). Если трансляция происходит в адрес интерфейса, с ARP вопросов нет. В случае трансляции в адрес, отличный от адреса интерфейса, действуют следующие правила:

1. Если внутренний глобальный адрес находится в той же IP-подсети, что и адрес интерфейса маршрутизатора, маршрутизатор будет отвечать на ARP-запросы к этому адресу. При этом в собственной arp-таблице маршрутизатора создаётся статическая запись для внутреннего глобального адреса.
2. Если внутренний глобальный адрес находится в IP-подсети, отличной от адреса интерфейса маршрутизатора, маршрутизатор не будет отвечать на ARP-запросы к этому адресу. В собственной arp-таблице статическая запись не создаётся. Чтобы связь с таким IP-адресом заработала, требуется дополнительная настройка. Мы рассмотрим данный случай более подробно далее в статье.

Отдельно следует упомянуть поведение Gratuitous ARP. Рассматривать варианты генерации Gratuitous ARP для различных случаев (переход интерфейса в состояние UP, изменение основного IP-адреса интерфейса, изменение Secondary IP-адреса и т.д.) не буду, так как получится слишком много вариантов. Хочу указать только два момента. Первый момент: настройка нового правила NAT не приводит к генерации Gratuitous ARP уведомления. Второй момент: с помощью команды clear arp-cache можно не только очистить все динамические записи arp в таблице маршрутизатора, но и заставить маршрутизатор отправить Gratuitous ARP для всех IP-адресов, на которые маршрутизатор должен отвечать, включая внутренние глобальные адреса из правил NAT.
Рассмотрим примеры на основании следующей простейшей топологии:

Примечание: для тестов использовался маршрутизатор C4321 с программным обеспечением 15.4(3)S3 и межсетевой экран Cisco ASA5505 c программным обеспечением 9.1(6)6.

Компьютер Wireshark с адресов 198.18.0.250 в нашем случае будет обозначать подключение к внешней сети (например, к Интернет-провайдеру). С помощью сниффера Wireshark будем просматривать обмен сообщениями ARP между маршрутизатором и компьютером.

Настройки интерфейсов маршрутизатора:

interface GigabitEthernet0/0/0
 description === inside ===
 ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
 no ip proxy-arp
 ip nat inside
!
interface GigabitEthernet0/0/1.7
 description === outside ===
 ip address 198.18.0.1 255.255.255.0
 no ip proxy-arp
 ip nat outside

Добавим правило динамического NAT, чтобы транслировать адрес компьютера из LAN (192.168.20.5) во внутренний глобальный адрес 198.18.0.5 при обращении к компьютеру во вне (Wireshark). Добавим правило статического PAT для публикации TCP порта 3389 (RDP) компьютера из LAN под глобальным адресом 198.18.0.2.

ip access-list standard acl-test-arp
 permit 192.168.20.5
ip nat pool test-pool 198.18.0.5 198.18.0.5 netmask 255.255.255.252
ip nat inside source list acl-test-arp pool test-pool overload
ip nat inside source static tcp 192.168.20.5 3389 198.18.0.2 3389 extendable 

Посмотрим ARP-таблицу на маршрутизаторе:

cisco#sh arp
Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface
. . .
Internet  198.18.0.1              -   d8b1.902e.e741  ARPA   GigabitEthernet0/0/1.7
Internet  198.18.0.2              -   d8b1.902e.e741  ARPA   GigabitEthernet0/0/1.7
Internet  198.18.0.5              -   d8b1.902e.e741  ARPA   GigabitEthernet0/0/1.7
. . .

Видим, что в ARP-таблице присутствуют статические записи как для внешнего интерфейса маршрутизатора (198.18.0.1), так и для внутренних глобальных адресов из правил динамического и статического NAT.

Сделаем clear arp-cache на маршрутизаторе и посмотрим в Wireshark, какие Gratuitous ARP уведомления будут отправлены с внешнего интерфейса:

Как видно, маршрутизатор уведомил о готовности обслуживать адрес интерфейса, адрес из правила динамического NAT и адрес из правила статического NAT.

А теперь представим ситуацию, когда провайдер расширяет пул публичных адресов, выданных клиенту, за счёт другой подсети. Предположим, дополнительно к IP-подсети 198.18.0.0/24 на внешнем интерфейсе маршрутизатора мы получаем от провайдера новый пул 198.18.99.0/24 и хотим публиковать наши внутренние сервисы под новыми IP-адресами. Для наглядности приведу схему с провайдером:

Добавим правило статического PAT для публикации TCP порта 3389 (RDP) компьютера из LAN под новым глобальным адресом 198.18.99.2:

ip nat inside source static tcp 192.168.20.5 3389 198.18.99.2 3389 extendable 

Если снова посмотреть ARP-таблицу маршрутизатора командой show arp, увидим, что статическая запись для IP-адреса 198.18.99.2 не добавилась.

Чтобы иметь возможность отправлять ARP-запросы в новую сеть 198.18.99.0/24 с компьютера Wireshark, расширим маску его сетевых настроек до 255.255.0.0 (/16). Напомню, для нашего примера компьютер Wireshark выступает в роли маршрутизатора Интернет-провайдера.

После ввода clear arp-cache сниффер по-прежнему показывает Gratuitous ARP только для трёх IP-адресов: 198.18.0.1, 198.18.0.2, 198.18.0.5. Для нового адреса 198.18.99.2 Gratuitous ARP не срабатывает. Попробуем открыть tcp-порт 3389 адреса 198.18.99.2 и одновременно посмотреть сниффер:

Неуспех. Проверим ARP-таблицу:

ARP-запись для нового IP-адреса 198.18.99.2 не появилась. Причина – новый IP-адрес 198.18.99.2 находится в IP-подсети, отличной от адреса интерфейса маршрутизатора. Как же нам заставить работать новый пул выданных провайдером IP-адресов? Есть четыре варианта:

1. Попросить провайдера прописать статические ARP-записи для каждого IP-адреса из нового диапазона. Это не очень удобно, если выдаётся широкий диапазон как в нашем примере.
2. Попросить провайдера прописать статический маршрут. Часто, чтобы выдать дополнительный диапазон белых IP-адресов, провайдер прописывает на интерфейсе своего оборудования secondary IP-адрес. Вместо этого мы можем попросить провайдера прописать статический маршрут к новой IP-подсети через IP-адрес внешнего интерфейса маршрутизатора. В этом случае оборудование провайдера будет знать, что новая подсеть доступна через IP-адрес интерфейса маршрутизатора, а маршрутизатор, в свою очередь, будет отвечать на ARP-запросы, отправленные к собственному интерфейсу.
3. Прописать secondary IP-адрес из нового диапазона на внешнем интерфейсе маршрутизатора. В этом случае любой IP-адрес нового диапазона будет принадлежать той же подсети, что и IP-адрес (пусть и secondary) интерфейса маршрутизатора. Маршрутизатор автоматически добавит статические записи в свою ARP-таблицу, будет слать Gratuitous ARP и отвечать на ARP-запросы.
4. Использовать механизм Proxy Arp на маршрутизаторе. На этом варианте остановимся чуть более подробно.

Proxy ARP на маршрутизаторах Cisco

Функциональность Proxy ARP позволяет маршрутизатору отвечать на ARP-запросы при выполнении трёх следующих условий:

1. Целевой IP-адрес ARP-запроса находится в IP-подсети, отличной от IP-подсети, в которой ARP-запрос получен;
2. Маршрутизатор имеет один или несколько маршрутов к целевому IP-адресу ARP-запроса;
3. Маршруты к целевому IP-адресу ARP-запроса указывают на исходящий интерфейс, отличный от интерфейса, на который ARP-запрос был получен.

По умолчанию Proxy ARP включен на всех интерфейсах маршрутизатора. Однако использование механизма Proxy ARP имеет несколько недостатков. В первую очередь Proxy ARP вносит потенциальную уязвимость к атакам типа Man-in-the-middle, когда злоумышленник получит возможность перехватывать сетевой трафик. Поэтому, рекомендуется отключать Proxy ARP как минимум на интерфейсах, к которым подключены внешние сети.

Настройка Proxy ARP на интерфейсе маршрутизатора:

interface GigabitEthernet0/0/1.7
 ip proxy-arp

Отключить Proxy ARP на всех интерфейсах маршрутизатора можно глобально:

ip arp proxy disable

Данная настройка имеет приоритет над настройками Proxy ARP, применёнными на интерфейсах.
Помимо команды ip proxy arp в настройках интерфейса существует команда ip local-proxy-arp. Данная команда работает только когда ip proxy arp включён на интерфейсе и позволяет маршрутизатору отвечать на ARP-запросы, даже если целевой IP-адрес находится в той же IP-подсети, откуда ARP-запрос поступил. Пример настройки:

no ip arp proxy disable
interface GigabitEthernet0/0/1.7
 ip proxy-arp
 ip local-proxy-arp

Данная настройка может пригодится, если мы хотим, чтобы трафик в рамках одного широковещательного домена шёл через интерфейс нашего маршрутизатора. Данную задачу можно реализовать с использованием Protected port (PVLAN edge) настроек на L2-коммутаторе (switchport protected).

Включение Proxy ARP на внешнем интерфейсе маршрутизаторе позволит решить проблему с новым пулом адресов, выданных провайдером. Попробуем открыть tcp-порт 3389 адреса 198.18.99.2 после включения Proxy ARP на интерфейсе маршрутизатора и одновременно посмотреть сниффер:

Успех. Маршрутизатор отвечает на ARP-запрос и порт открывается. Таким образом, функциональность Proxy ARP также можно использовать при необходимости трансляции адресов в новый пул.

Итоги

Попробую тезисно обобщить основные моменты первой части статьи:

1. Сетевое оборудование Cisco добавляет ARP-запись о новом удалённом устройстве в ARP-таблицу сразу по приходу ARP-запроса от удалённого устройства. Данное поведение позволяет сократить ARP-трафик в сети.
2. Маршрутизатор Cisco будет отвечать на ARP-запросы к внутреннему глобальному IP-адресу правила NAT, если данный IP-адрес принадлежит той же IP-подсети, что и интерфейс маршрутизатора. Дополнительные настройки для работы ARP не требуются.
3. Если внутренний глобальный IP-адрес правила NAT маршрутизатора не принадлежит IP-подсети интерфейса маршрутизатора, требуются дополнительные настройки. Существуют четыре варианта:
   1. Статические ARP-записи на внешнем оборудовании;
   2. Статический маршрут на внешнем оборудовании;
   3. Настройка secondary IP-адреса на интерфейсе маршрутизатора;
   4. Использование Proxy ARP.
      Первый и второй вариант подразумевают изменение настроек на «чужом» сетевом оборудовании и не всегда может быть приемлем.
      Третий вариант является наиболее предпочтительным.
      Четвёртый вариант может быть использован, но открывает уязвимость с точки зрения сетевой безопасности.
4. Функциональность Proxy ARP включена на интерфейсах маршрутизатора по умолчанию. Рекомендуется отключать Proxy ARP как минимум на интерфейсах, подключаемых к Интернет-провайдерам.

ARP (Address Resolution Protocol) – это протокол, который используется в компьютерных сетях для связи между сетевыми устройствами. Он работает на основе таблицы ARP, которая содержит соответствия между IP-адресами и физическими (MAC) адресами устройств. Таблица ARP роутера – это база данных, в которой хранятся эти соответствия.

Когда две сетевые устройства взаимодействуют, например, когда компьютер отправляет пакет данных на какой-то IP-адрес, он должен знать соответствующий MAC-адрес назначения, чтобы пакет мог быть доставлен. В этом момент протокол ARP вступает в игру и осуществляет запрос в таблице ARP роутера для поиска соответствующего MAC-адреса.

Если соответствующая запись о MAC-адресе присутствует в таблице ARP роутера, то пакет данных может быть успешно доставлен. Если запись отсутствует, то происходит процесс «разрешения адреса» (address resolution). В этом случае, устройство отправит запрос в сеть с вопросом «Какой MAC-адрес имеет данный IP-адрес?». В ответ на запрос, устройство с нужным IP-адресом отправляет свой MAC-адрес, который будет сохранен в таблице ARP роутера.

Таблица ARP роутера постоянно обновляется и дополняется в процессе работы сети. За добавление и удаление записей отвечает сам протокол ARP. Использование таблицы ARP позволяет оптимизировать процесс коммуникации в сети за счет быстрого определения MAC-адресов и, следовательно, увеличения скорости доставки пакетов данных.

Что такое таблица arp и как она работает на роутере

Когда устройство отправляет пакет сетевых данных на устройство с известным IP-адресом, оно сначала проверяет свою таблицу ARP. Если в таблице есть запись для IP-адреса получателя, которая содержит соответствующий MAC-адрес, устройство использует этот MAC-адрес для отправки пакета. Если запись отсутствует, устройство отправляет ARP-запрос в сеть, чтобы узнать MAC-адрес получателя.

ARP-запрос является широковещательным сообщением, которое отправляется на все устройства в сети. Оно содержит IP-адрес отправителя, IP-адрес получателя и специальный ARP-флаг. Устройство, которое имеет соответствующий IP-адрес, отвечает с ARP-ответом, в котором указывается его MAC-адрес.

После получения ARP-ответа устройство добавляет запись в свою таблицу ARP. В результате следующий пакет, который будет отправлен на этот IP-адрес, будет содержать новый MAC-адрес, найденный в таблице ARP.

В таблице ARP могут быть записи для различных устройств в сети. Записи в таблице ARP обычно имеют ограниченное время жизни, и они могут удаляться или обновляться автоматически. Это происходит, чтобы обеспечить актуальность информации о MAC-адресах устройств в сети.

ARP: назначение и принцип работы

ARP работает следующим образом:

1. Когда устройству необходимо отправить пакет данных на определенный IP-адрес, оно сначала проверяет таблицу ARP на наличие соответствующей записи.

2. Если запись найдена, устройство использует соответствующий MAC-адрес для отправки пакета данных непосредственно на сетевой уровень.

3. Если записи нет в таблице ARP, устройство отправляет широковещательное сообщение ARP-запроса, в котором указывает нужный IP-адрес и свой MAC-адрес. Все устройства в сети получают это сообщение.

4. Устройство, у которого есть нужный IP-адрес, отвечает на ARP-запрос, указывая свои IP- и MAC-адреса.

5. После получения ответа, отправляющее устройство обновляет свою таблицу ARP, добавляя новую запись с полученным IP-адресом и MAC-адресом.

6. Теперь устройство может отправить пакет данных на нужный IP-адрес, используя полученный MAC-адрес.

Таким образом, ARP позволяет сетевым устройствам общаться друг с другом, определяя физический адрес устройств по их IP-адресам. Таблица ARP, содержащая информацию о соответствии IP-адресов и MAC-адресов, позволяет оптимизировать процесс отправки данных в сети и ускоряет пересылку информации.

Протокол ARP является неотъемлемой частью функционирования сетей Ethernet и играет важную роль в обеспечении эффективного обмена данными между устройствами в сети.

Зачем роутеру таблица arp

Зачем это нужно? Роутер не отправляет данные напрямую на физический MAC-адрес устройства, так как он оперирует IP-адресами. Поэтому, передача данных происходит путем конвертации IP-адреса в соответствующий MAC-адрес с помощью таблицы ARP.

Когда роутер получает пакет данных с указанным IP-адресом назначения, он проверяет таблицу ARP. Если MAC-адрес устройства, соответствующего IP-адресу, уже известен, то роутер может непосредственно отправить данные по указанному MAC-адресу. Если MAC-адрес отсутствует в таблице, роутер отправит запрос ARP на весь локальный сегмент сети с целью получения MAC-адреса. После получения ответа, роутер обновит таблицу ARP и сможет отправить данные.

Таблица ARP позволяет роутеру оптимизировать процесс отправки данных в локальной сети. Благодаря таблице ARP, роутер может сразу отправить данные на нужный MAC-адрес, без необходимости отправки запросов ARP. Это позволяет ускорить передачу данных и повысить производительность сети.

Как формируется таблица ARP на роутере

Таблица ARP на роутере формируется автоматически при обмене сетевыми пакетами в локальной сети. Когда устройство отправляет пакет на определенный IP-адрес, оно проверяет свою таблицу ARP, чтобы определить MAC-адрес получателя.

Если в таблице ARP нет записи для нужного IP-адреса, устройство отправляет ARP-запрос. ARP-запрос – это широковещательное сообщение, в котором устройство запрашивает MAC-адрес устройства с определенным IP-адресом.

Когда устройство с нужным IP-адресом получает ARP-запрос, оно отвечает с помощью ARP-ответа. ARP-ответ содержит MAC-адрес устройства, отправившего запрос.

Роутер, принимая и перенаправляя сетевые пакеты, также участвует в обмене ARP-запросами и ARP-ответами. Если на роутер поступает ARP-запрос для определенного IP-адреса, роутер проверяет свою таблицу ARP. Если соответствующая запись есть, роутер отправляет ARP-ответ с помощью своего MAC-адреса. Если записи в таблице ARP нет, роутер играет роль промежуточного устройства, пересылающего ARP-запросы и ARP-ответы между устройствами в локальной сети.

Таблица ARP на роутере постоянно обновляется. Когда устройство получает ARP-ответ, оно обновляет соответствующую запись в таблице ARP с указанным MAC-адресом. Также, периодически устройства могут отправлять ARP-запросы для обновления информации в таблице ARP и убедиться в актуальности соответствия IP-адресов и MAC-адресов.

Как таблица arp помогает в маршрутизации пакетов

Таблица ARP (Address Resolution Protocol) играет важную роль в процессе маршрутизации пакетов в компьютерных сетях. Она используется для связи IP-адресов с физическими MAC-адресами устройств.

Когда компьютер или другое устройство пытается отправить пакет данных в локальную сеть или в другую сеть, оно должно знать MAC-адрес получателя. Однако, IP-адреса используются для идентификации устройств, а не MAC-адреса. Вот где таблица ARP приходит на помощь.

Когда устройство нуждается в MAC-адресе определенного IP-адреса, оно проверяет свою таблицу ARP. Если IP-адрес уже присутствует в таблице, оно может сразу получить соответствующий MAC-адрес и продолжить процесс отправки пакета данных.

Однако, если IP-адресса нет в таблице ARP, устройство отправит ARP-запрос широковещательным сообщением в своей локальной сети. Другие устройства в сети, которые имеют соответствующий IP-адрес, ответят с указанием своего MAC-адреса. Информация о полученном MAC-адрессе заносится в таблицу ARP, чтобы в будущем избежать повторных ARP-запросов.

Таким образом, таблица ARP позволяет устройствам быстро находить необходимый MAC-адресс и маршрутизировать пакеты данных на нужное устройство. Это упрощает и ускоряет процесс обмена данными в компьютерных сетях.

Как обновляется таблица ARP на роутере

Таблица ARP (Address Resolution Protocol) на роутере обновляется автоматически при необходимости и при взаимодействии с другими устройствами в сети. Этот процесс осуществляется с целью обновления и поддержания актуальной информации о связи между IP-адресами и MAC-адресами в сети.

Когда роутер получает пакет данных от устройства в сети, он проверяет таблицу ARP для определения соответствующего MAC-адреса для получателя пакета. Если эта информация отсутствует в таблице ARP, роутер отправляет запрос ARP broadcast, чтобы узнать MAC-адрес устройства с определенным IP-адресом.

Устройство, которое имеет соответствующий IP-адрес, ответит на запрос ARP и передаст свой MAC-адрес роутеру. Роутер обновит свою таблицу ARP, добавив новую запись с соответствующим IP-адресом и MAC-адресом устройства.

Таблица ARP также может автоматически обновляться в случае изменения конфигурации сети. Например, если устройство с IP-адресом переносится в другую сеть или если устройство меняет свой IP-адрес, роутер автоматически обновит запись в таблице ARP.

Обновление таблицы ARP на роутере важно для правильной маршрутизации пакетов данных в сети. Благодаря актуальным записям в таблице ARP, роутер может быстро определить соответствующий MAC-адрес для передачи пакетов данных по правильному пути.

Возможные проблемы с таблицей ARP на роутере

Таблица ARP (Address Resolution Protocol) на роутере представляет собой список соответствия IP-адресов и их физических (MAC-) адресов. Она играет важную роль в маршрутизации сетевых пакетов, позволяя определить физический адрес устройства по его IP-адресу.

Однако, таблица ARP может столкнуться с различными проблемами, которые могут повлиять на нормальную работу роутера:

1. Старение записей: Записи в таблице ARP имеют ограниченное время жизни. Если устройство не обращается к роутеру в течение определенного времени, запись может быть удалена из таблицы. Это может привести к задержкам при маршрутизации пакетов, так как роутер будет вынужден выполнять процесс ARP-определения снова.

2. Атаки ARP-отравления: Атаки ARP-отравления (ARP poisoning) могут привести к подмене записей в таблице ARP. Злоумышленник может отправлять фальшивые ARP-пакеты, рассылая ложные MAC-адреса, что может привести к неправильной маршрутизации пакетов или перехвату данных.

3. Переполнение таблицы: В случае, если в таблице ARP накапливается большое количество записей, эта ситуация может привести к переполнению таблицы и ухудшению производительности роутера. Такие проблемы могут возникнуть в сетях с большим количеством устройств.

4. Неправильные записи: Некорректные или поврежденные записи в таблице ARP могут вызвать ошибки в маршрутизации пакетов. Это может привести к недоступности устройств или неправильному пересылу данных.

Исправление данных проблем важно для нормальной работы роутера. Регулярное обновление таблицы ARP, использование механизмов защиты от атак ARP-отравления, а также мониторинг и оптимизация таблицы могут помочь предотвратить и решить проблемы связанные с таблицей ARP на роутере.

Как узнать содержимое таблицы arp на роутере

Таблица arp (Address Resolution Protocol) на роутере содержит информацию о соответствии между IP-адресами и MAC-адресами устройств в сети. Для того чтобы узнать содержимое таблицы arp на роутере, можно воспользоваться следующими способами:

1. Использовать команду «show arp» в командной строке роутера.
2. Зайти в веб-интерфейс роутера и найти раздел с информацией о таблице arp.
3. Использовать специальные утилиты или программы для сканирования сети и отображения таблицы arp.

Команда «show arp» позволяет получить список всех записей в таблице arp на роутере. В выводе команды будут отображены IP-адреса и соответствующие им MAC-адреса устройств.

Если роутер имеет веб-интерфейс, то в нем обычно есть раздел «ARP Table» или «Таблица arp», где можно увидеть все записи таблицы arp. В этом разделе будет отображаться информация о соответствии IP-адресов и MAC-адресов.

Для более подробного анализа таблицы arp на роутере можно использовать специальные утилиты или программы, которые сканируют сеть и отображают информацию о подключенных устройствах и их адресах.

Протокол ARP

В локальных сетях телекоммуникаций на основе дейтаграмм устройствам необходимы как МАС-адрес, так и IP-адрес, которые для каждого
узла образуют соответствующую пару. На каждом конечном узле можно
посмотреть его физический адрес и IP-адрес по команде ipconfig /all
(
рис.
6.7). Из распечатки следует, что физическим МАС-адресом конечного узла является 00-19-D1-93-7E-BE, а логическим IP-адресом –
10.0.118.52.

Протокол ARP может по IP-адресу автоматически определить
МАС-адрес устройства. Каждое устройство в сети поддерживает таблицу ARP table, которая содержит соответствующие MAC- и IP-адреса других
устройств той же локальной сети. Таблица ARP любого узла может быть
просмотрена по команде arp -a (
рис.
6.8). Записи таблицы хранятся в
памяти RAM, где динамически поддерживаются.

Если узлы долго не передают данные, то соответствующие записи из
таблицы удаляются, что представлено на
рис.
6.8, где таблица содержит
только одну пару IP- и MAC-адресов.

Таблица ARP пополняется динамически путем контроля трафика
локального сегмента сети. Все станции локальной сети Ethernet анализируют трафик, чтобы определить, предназначены ли данные для них. При
этом IP- и MAC-адреса источников дейтаграмм записываются в таблице
ARP. Например, после общения с узлом 10.0.118.65 в таблице ARP появляется вторая запись (
рис.
6.9).

Когда устройство передает пакет по IP-адресу назначения, оно
проверяет, имеется ли в ARP-таблице соответствующий МАС-адрес
назначения. Если соответствующая запись имеется, то она используется
при инкапсуляции пакета в кадр данных. Данные передаются по сетевой
среде, устройство назначения принимает их.

Если узел не находит соответствующей записи в таблице ARP, то
он для получения MAC-адреса назначения посылает в локальную сеть широковещательный ARP-запрос, в котором задается сетевой логический
IP-адрес устройства назначения. Все другие устройства сети анализируют
его. Если у одного из локальных устройств IP-адрес совпадает с запрашиваемым, то устройство посылает ARP-ответ, который содержит пару IP- и
MAC-адресов. Эта пара записывается в ARP-таблице. Если в локальной
сети нет запрашиваемого IP-адреса, то устройство-источник сообщает об
ошибке.

Когда данные передаются за пределы локальной сети, то для передачи сообщения необходимы IP- и MAC-адреса как устройства назначения,
так и промежуточных маршрутизирующих устройств. Поскольку маршрутизаторы не транслируют широковещательные запросы в другие сегменты
сети, в этом случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ
с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил запрос.
Таким образом, сформированный конечным устройством кадр поступит на интерфейс маршрутизатора, который после анализа адреса сети
назначения и обращения к таблице маршрутизации продвинет пакет на
выходной интерфейс.

Передать данные по адресу устройства, которое находится в другом
сегменте сети, можно также за счет установки шлюза по умолчанию.
Шлюз по умолчанию имеет IP-адрес входного интерфейса маршрутизатора на пути к устройству назначения. Этот адрес хранится в конфигурационном файле конечного узла (хоста). Источник сообщения сравнивает
IP-адрес назначения со своим IP-адресом и определяет, находятся ли эти
адреса в одном сегменте сети или в разных сегментах. Если они находятся
в разных сегментах, то данные будут переданы только при условии, что
установлен шлюз по умолчанию.

Таким образом, при передаче данных по сети (
рис.
6.6) Host X для
нахождения МАС-адреса назначения посылает в сеть широковещательный ARP запрос, в котором задается IP-адрес устройства назначения, на
который Router A в ответ посылает МАС-адрес своего входного интерфейса, и передаваемый пакет поступает в маршрутизатор.

Маршрутизатор А извлекает пакет из кадра, обрабатывает заголовок
поступившего пакета, использует таблицу маршрутизации, чтобы определить сеть адресата, и затем продвигает пакет к выходному интерфейсу.
Пакет вновь инкапсулируется в новый кадр данных и направляется следующему маршрутизатору B, при этом в заголовке кадра может указываться новый МАС-адрес входного интерфейса этого маршрутизатора. Этот
процесс происходит каждый раз, когда пакет проходит через очередной
маршрутизатор. В конечном маршрутизаторе (в данном примере – маршрутизатор C,
рис.
6.6), который связан с сетью узла назначения Сеть 2,
пакет инкапсулируется в кадр локальной сети адресата с МАС-адресом
устройства назначения и доставляется адресату Host Y.

Для продвижения пакета к узлу назначения маршрутизатор использует таблицу маршрутизации, основными параметрами которой являются
номер (адрес) сети назначения и сетевой адрес входного интерфейса
следующего маршрутизатора на пути к адресату назначения. Этот адрес
интерфейса получил название следующего перехода (next hop).

Таким образом, в таблице задаются:

• адрес сети назначения;
• адрес следующего перехода;
• другие дополнительные параметры, которые различаются для разных
  маршрутизирующих протоколов и маршрутизаторов разных фирм,
  производящих оборудование.

Из дополнительных параметров в таблицы маршрутизации включается информация:

• о статической или динамической маршрутизации,
• о типе используемых протоколов маршрутизации,
• о метрике, используемой при выборе возможного пути.

Принцип построения таблиц маршрутизации рассмотрен на примере сети, построенной на маршрутизаторах и коммутаторах (
рис.
6.10).
Последовательные (serial) интерфейсы маршрутизаторов на
рис.
6.10
соединены между собой молниевидной линией, а порты Fast Ethernet –
прямой линией. В приведенной схеме, например, D-f1 означает – первый
Fast Ethernet порт маршрутизатора D, В-s2 – второй последовательный
порт маршрутизатора B.

Таблица маршрутизации, например маршрутизатора B (таблица 6.2),
будет содержать информацию о маршрутах ко всем сетям (
рис.
6.10).
Маршрут к Cети 1 лежит через последовательный интерфейс A-s1 маршрутизатора А, к Cети 3 – через последовательный интерфейс С-s1 маршрутизатора С, а к сетям Сеть 6, Сеть 7 – через интерфейс D-f1 маршрутизатора D. Адреса входных интерфейсов маршрутизаторов на пути следования пакета к адресату назначения называются адресами следующего
перехода (next hop).

Вместо адреса следующего перехода часто указывают обозначение
выходного интерфейса маршрутизатора, отправляющего пакет. Поскольку
выходной интерфейс маршрутизатора, отправляющего пакет, и входной
интерфейс следующего маршрутизатора на пути к адресату назначения
соединены между собой, противоречий при этом никаких нет. Кроме
удаленных сетей назначения в таблице маршрутизации указываются
непосредственно (прямо) присоединенные сети с указанием выходного
интерфейса. Например, таблица маршрутизации В (таблица 6.3) будет
содержать три прямо присоединенных сети.

Таким образом, пакет, предназначенный одному из узлов сети,
например Сети 7, попав в маршрутизатор В, будет направлен на входной
интерфейс D-f1 маршрутизатора D (следующий переход). В свою очередь,
в таблице маршрутизации D будет задан адрес входного интерфейса E-s1
следующего маршрутизатора E, для которого Cеть 7 является непосредственно присоединенной. Поэтому маршрутизатор Е направит пакет узлу
назначения.

Краткие итоги

1. Объединение нескольких локальных сетей в глобальную (распределенную, составную) WAN-сеть происходит с помощью устройств и
   протоколов сетевого Уровня 3 семиуровневой эталонной модели OSI.
2. Наиболее распространенными устройствами межсетевого взаимодействия сетей, подсетей и устройств являются маршрутизаторы.
3. Маршрутизаторы имеют как LAN-, так и WAN-интерфейсы и поэтому являются устройствами как локальных, так и глобальных сетей.
4. Главными функциями маршрутизаторов являются: выбор наилучшего пути для пакетов к адресату назначения и продвижение принятого пакета с входного интерфейса на соответствующий выходной
   интерфейс.
5. Конфигурационный файл хранится в NVRAM. Он содержит команды
   и параметры для управления потоком трафика. Конфигурационный
   файл задает сетевые протоколы и протоколы маршрутизации, которые определяют наилучший путь для пакетов к адресуемой сети.
6. Маршрутизатор оценивает доступные пути к адресату назначения
   и выбирает наиболее рациональный маршрут на основе некоторого
   критерия – метрики.
7. Администратор может конфигурировать статические маршруты и
   поддерживать таблицы маршрутизации вручную. Однако большинство таблиц маршрутизации создается и поддерживается динамически, за счет использования протоколов маршрутизации, которые
   позволяют маршрутизаторам автоматически обмениваться информацией о сетевой топологии друг с другом.
8. Маршрутизатор ретранслирует пакет, продвигая его с входного
   интерфейса на выходной, для чего использует сетевую часть адреса
   назначения и обращается к таблице маршрутизации.
9. Основными параметрами таблицы маршрутизации являются адрес сети
   назначения и сетевой адрес входного интерфейса следующего маршрутизатора на пути к адресату назначения (следующий переход –next hop)
   или собственный выходной интерфейс маршрутизатора.
10. Протокол разрешения адресов (ARP) реализует процесс нахождения
    МАС-адреса по известному сетевому адресу (IP-адресу). Таблица ARP
    содержит MAC- и IP-адреса других устройств той же локальной сети.
11. Шлюз по умолчанию – это интерфейс, через который все пакеты из
    локальной сети будут передаваться в удаленные сети.

Вопросы

1. Какие устройства объединяют LAN в распределенную составную сеть?
2. Какого типа интерфейсы имеют маршрутизаторы?
3. Что означают термины DTE, DCE?
4. Для чего служит устройство CSU/DSU?
5. Могут ли маршрутизаторы объединять локальные сети различных
   технологий?
6. На основании чего маршрутизатор ретранслирует пакет, продвигая
   его с входного интерфейса на выходной?
7. Что служит оценкой наилучшего пути к адресату назначения?
8. Какой протокол позволяет находить МАС-адреса по известному
   сетевому адресу?
9. По какой команде может быть просмотрена таблица ARP-узла?
10. В каком случае маршрутизатор в ответ на запрос посылает ARP-ответ
    с MAC-адресом своего входного интерфейса, на который поступил
    запрос?
11. Как формируются таблицы маршрутизации?
12. Что означает термин «адрес следующего перехода» (next hop)?
13. Что означает термин «шлюз по умолчанию»?
14. Какие параметры содержит таблица марщрутизации?

Упражнения

1. Поясните, с использованием какой линии создается конфигурационный файл и где он может сохраняться.
2. Изобразите схему составной сети из четырех маршрутизаторов,
   последовательно соединенных через Fast Ethernet интерфейсы.
   Обозначьте интерфейсы. Укажите, МАС-адреса каких интерфейсов будут использоваться в качестве адресов источников и адресов
   назначения передаваемых кадров при их прохождении через каждый
   маршрутизатор.
3. Укажите основные параметры таблицы маршрутизации маршрутизатора В (
   рис.
   6.6).
4. Поясните, какие параметры можно посмотреть на каждом конечном
   узле по команде ipconfig /all.
5. Поясните, почему из двух последовательно соединенных серийных
   интерфейсов маршрутизаторов один должен выполнять роль устройства DCE, а второй – устройства DTE.