Protocolli ARP, RARP, ICMP: principio di funzionamento, scopo

Se un computer contatta un altro dispositivo simile sulla stessa rete, è necessario un indirizzo fisico o MAC. Ma poiché l'applicazione ha fornito l'indirizzo IP del destinatario, ha bisogno di un qualche tipo di meccanismo per collegarlo all'indirizzo MAC. Questo viene fatto usando l'Address Resolution Protocol (ARP). L'indirizzo IP del nodo di destinazione viene trasmesso e il nodo ricevente segnala l'origine del suo indirizzo MAC.

Ciò significa che in ogni caso, quando la macchina A intende trasferire i pacchetti di dati al dispositivo B, deve inviare un pacchetto ARP per risolvere l'indirizzo MAC B. Di conseguenza, questo aumenta il carico del traffico troppo, quindi, per ridurre il costo della comunicazione, computer che usano i protocolli ARP, mantengono la cache dei binding di indirizzo IP_to_MAC appena acquisiti, cioè non devono riutilizzare questo protocollo.

Aspetto moderno

Oggi vengono apportati numerosi miglioramenti al protocollo ARP e al suo scopo. Quindi, quando la macchina A vuole inviare pacchetti al dispositivo B, è possibile che B invii i dati per A brevemente. Per questo motivo, per evitare ARP per la macchina B, A deve associare l'indirizzo IP_to_MAC quando si richiede l'indirizzo MAC B in un pacchetto speciale.

Poiché A invia la richiesta iniziale per l'indirizzo MAC B, ciascun computer sulla rete deve estrarre e memorizzare l'associazione dell'indirizzo IP_to_MAC nella sua cache. Quando un nuovo computer viene visualizzato sulla rete (ad esempio, quando viene riavviato il sistema operativo), può trasmettere questo binding a tutte le altre macchine potrebbero memorizzarle nelle loro cache. Questo eliminerà molti pacchetti ARP con tutte le altre macchine quando vorranno comunicare con il dispositivo aggiunto.

Variazioni del protocollo ARP

Si consideri uno scenario in cui un computer tenta di comunicare con una macchina remota utilizzando il programma PING, mentre non vi era alcun precedente scambio di datagrammi IP tra questi dispositivi e un pacchetto ARP deve essere inviato per identificare l'indirizzo MAC del computer remoto.

Il messaggio di richiesta Address Resolution Protocol (che assomiglia alla chiamata AAAA a BBBB - indirizzi IP) viene trasmesso sulla rete locale utilizzando il protocollo Ethernet di tipo 0x806. Il pacchetto viene scartato da tutte le macchine, ad eccezione della destinazione, che risponde con un messaggio di risposta APR (AAAA - hh: hh: hh: hh: hh dove hh: hh: hh: hh: hh: hh è l'indirizzo della sorgente Ethernet). Questa risposta è unicast per la macchina con l'indirizzo IP BBBB. Poiché il messaggio di richiesta del protocollo APR includeva l'indirizzo hardware (cioè l'origine Ethernet) del computer richiedente, il dispositivo di destinazione non ha bisogno di un altro messaggio per capirlo.

Interconnessione con altri protocolli

Una volta compreso il significato del protocollo ARP, dovresti considerare la sua interazione con altri elementi di rete.

RARP - questo è il protocollo attraverso il quale una macchina fisica sulla rete locale può fare una richiesta per scoprire il suo indirizzo IP dalla tabella dei protocolli o la memorizzazione nella cache del server gateway. Ciò è necessario perché un disco installato in modo permanente non può essere presente sul dispositivo, dove può memorizzare in modo permanente il suo indirizzo IP. L'amministratore di rete crea una tabella nel router del gateway di rete locale, che mappa gli indirizzi del computer fisico (o controllo di accesso MAC) sull'ip corrispondente. Quando viene configurata una nuova macchina, il suo programma client RARP richiede dal server RARP sul router di inviare il proprio indirizzo IP. Supponendo che la voce sia stata configurata nella tabella del router, questo server RARP restituirà l '"ip" al computer, che può salvarlo per uso futuro. Quindi, questo è anche un protocollo particolare per determinare l'indirizzo.

Meccanismo in dettaglio

Sia la macchina che ha emesso la richiesta che il server che risponde ad essa utilizzano gli indirizzi di rete fisici nel processo della loro breve connessione. Di solito il computer richiedente non lo sa. Pertanto, la richiesta viene trasmessa a tutte le macchine sulla rete. Il richiedente deve ora identificarsi in modo univoco sul server. Per fare ciò, è possibile utilizzare il numero di serie del processore o l'indirizzo di rete fisico del dispositivo. L'uso del secondo come identificatore univoco ha due vantaggi:

• Questi indirizzi sono sempre disponibili e non sono necessariamente associati al codice di avvio.
• Poiché le informazioni di identificazione dipendono dalla rete e non dalla CPU, tutte le macchine su questa rete forniranno identificatori univoci.

Come un messaggio ARP, una richiesta RARP viene inviata da un computer a un altro, incapsulato nella porzione di dati di un frame di rete. Il frame Ethernet che lo contiene ha il solito preambolo, gli indirizzi di origine e di destinazione Ethernet ei campi del tipo di pacchetto davanti al frame. Il frame codifica un valore di 8035 per identificare il suo contenuto come un messaggio RARP. Una parte dei dati del frame include un messaggio di 28 ottetti.

Il mittente invia una richiesta RARP che si identifica come iniziatore della richiesta e della macchina di destinazione e invia il suo indirizzo di rete fisico nel campo dell'indirizzo hardware di destinazione. Tutti i dispositivi sulla rete ricevono la richiesta, ma solo quelli che sono autorizzati a fornire a RARP elaborano la richiesta e inviano una risposta. Tali macchine sono conosciute informalmente come server di questo protocollo. Per la corretta implementazione dei protocolli ARP / RARP, la rete deve contenere almeno un server di questo tipo.

Rispondono alla richiesta compilando il campo dell'indirizzo del protocollo di destinazione, modificando il tipo di messaggio dalla richiesta alla risposta e inviando la risposta direttamente alla macchina che invia la richiesta.

Sincronizzazione delle transazioni RARP

Poiché RARP utilizza direttamente la rete fisica, nessun altro software di protocollo dovrebbe rispondere alla richiesta o ritrasmetterla. RARP deve eseguire queste attività. Alcune workstation che si basano su tale protocollo per il download preferiscono riprovare a tempo indeterminato finché non ricevono una risposta. Altre implementazioni dichiarano il fallimento dopo diversi tentativi di impedire che la rete si riempia di trasmissioni non necessarie.

Vantaggi dei server Mulitple RARP: alta affidabilità.

Svantaggio: il sovraccarico può verificarsi quando tutti i server rispondono.

Pertanto, per evitare inconvenienti, è possibile utilizzare server primari e secondari. Ad ogni computer che richiede una richiesta RARP viene assegnato un server primario. Di solito risponde a tutti gli stimoli, ma se fallisce, l'interrogatore può prendere un timeout e ritrasmettere la richiesta. Se il secondo server riceve una seconda copia della richiesta entro un breve periodo di tempo dal primo, risponde. Tuttavia, può verificarsi un problema in cui tutti i server secondari reagiscono di default, sovraccaricando in tal modo la rete. Pertanto, il problema è evitare la trasmissione simultanea di risposte da entrambi i server. Ogni server secondario che riceve la richiesta calcola un ritardo casuale e quindi invia una risposta.

Svantaggi RARP

Poiché opera a un livello basso, richiede gli indirizzi diretti sulla rete, il che rende difficile per le applicazioni creare un server. Non utilizza completamente le funzionalità di una rete come Ethernet, che viene utilizzata per inviare un pacchetto minimo. Poiché la risposta del server contiene solo una piccola informazione, l'indirizzo Internet a 32 bit di RARP è formalmente descritto nella RFC903.

Protocollo ICMP

Questo protocollo crittografa il meccanismo utilizzato dai gateway e dagli host per scambiare informazioni di gestione o di errore. Il protocollo Internet fornisce un servizio senza connessione dati affidabile, il datagramma si sposta dal gateway al gateway fino a raggiungere quello che può consegnarlo direttamente alla destinazione finale.

Se il gateway non può instradare o consegnare un datagramma, o se rileva una condizione insolita, come un sovraccarico della rete, che influisce sulla sua capacità di reindirizzare il datagramma, deve essere istruito dalla sorgente ad agire per evitare o eliminare il problema.

collegamento

L'Internet Protocol Control Protocol consente ai gateway di inviare messaggi di errore o di gestire messaggi ad altri gateway o host. ICMP fornisce comunicazione tra software di protocollo Internet tra computer. Questo è un cosiddetto meccanismo di messaggio per scopi speciali aggiunto dagli sviluppatori ai protocolli TCP / IP. Ciò consente ai gateway su Internet di segnalare errori o di inviare informazioni su circostanze impreviste.

Lo stesso protocollo IP non contiene nulla che aiuti a connettersi ai test del mittente o a conoscere i guasti. Le segnalazioni di errori e le correzioni sono segnalate dall'ICMP solo in relazione all'origine originale. Deve associare errori ai singoli programmi applicativi e agire per correggere i problemi. Pertanto, fornisce al gateway l'opportunità di segnalare un errore. Tuttavia, non definisce completamente l'azione da intraprendere per correggere il problema.

ICMP è limitato a causa della fonte originale, ma non con i messaggi ICMP intermedi. Sono inviati su Internet nella porzione di dati del datagramma IP, che si sposta attraverso la rete. Questo è il motivo per cui sono strettamente correlati con il protocollo ARP. I messaggi ICMP vengono instradati allo stesso modo dei datagrammi contenenti informazioni per gli utenti senza ulteriore affidabilità o priorità.

È presente un'eccezione per le procedure di gestione degli errori quando un datagramma IP che trasporta messaggi ICMP non viene generato per errori originati da datagrammi contenenti messaggi di errore.

Formato del messaggio ICMP

Ha tre campi:

• Campo intero a 8 bit TYPE che identifica il messaggio;
• Campo CODICE a 8 bit, che fornisce informazioni aggiuntive sul suo tipo;
• Campo CHECKSUM a 16 bit (ICMP utilizza lo stesso algoritmo di checksum che copre solo il messaggio di questo protocollo).

Inoltre, i messaggi di errore ICMP in tutti i casi includono l'intestazione ei primi 64 bit dei dati del datagramma che causano il problema.

Richieste e risposte

TCP / IP fornisce strumenti che aiutano i gestori di rete o gli utenti a identificare i problemi di rete. Uno degli strumenti di debug più comuni è l'esecuzione di chiamate di richieste echo ICMP e messaggi di risposta echo. L'host o il gateway invia un messaggio a una destinazione specifica.

Qualsiasi computer che riceve una richiesta di eco, crea una risposta e la restituisce al mittente originale. La richiesta include un'area di riferimento dati facoltativa. La risposta ha una copia dei dati inviati nella richiesta. Il ping e la risposta ad esso associati possono essere utilizzati per verificare la disponibilità dell'obiettivo e della risposta ottenibili.

Poiché sia ​​la richiesta che la risposta vengono inviate nei datagrammi IP, la conferma di avvenuta conferma del corretto funzionamento del sistema. Per fare ciò, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

• Il software IP di origine deve instradare il datagramma;
• I gateway intermedi con destinazione e origine devono funzionare e instradare correttamente il datagramma;
• Il computer di destinazione deve essere in esecuzione e deve eseguire sia il software ICMP che l'IP;
• I percorsi nei gateway sulla via del ritorno devono essere corretti.

Come funziona?

Il lavoro dei protocolli ARP e ICMP è strettamente correlato. Ogni volta che un errore impedisce che il datagramma venga instradato o consegnato al gateway, invia il messaggio di indisponibilità del destinatario al codice sorgente, quindi elimina il datagramma. Problemi di rete non correggibili di solito implicano un errore nel trasferimento dei dati. Poiché il messaggio include il breve prefisso del datagramma che causa il problema, la fonte sa esattamente quale degli indirizzi non è disponibile. La direzione potrebbe non essere disponibile perché l'hardware è temporaneamente inattivo, il mittente ha riportato un indirizzo di destinazione inesistente o perché il gateway non ha una rotta verso la rete di destinazione.

Sebbene i gateway inviino messaggi fuori destinazione verso la loro destinazione, se non possono instradare o consegnare datagrammi, non tutti questi errori possono essere rilevati. Se un datagramma contiene un parametro del percorso di origine con dati non validi, può attivare un messaggio di errore del percorso di origine.