Τη φυσική (MAC) διεύθυνση που δίνει ο κατασκευαστής του δικτυακού υλικού στις συσκευές του (π.χ. στις κάρτες δικτύου). Η περιοχή διευθύνσεων που

Transcript

1 7.7 Πρωτόκολλο ARP 1

2 ύο είδη διευθύνσεων: MAC - IP Τη φυσική (MAC) διεύθυνση που δίνει ο κατασκευαστής του δικτυακού υλικού στις συσκευές του (π.χ. στις κάρτες δικτύου). Η περιοχή διευθύνσεων που µπορεί να χρησιµοποιηθεί, αποδίδεται στον κατασκευαστή από το IEEE. Τη διεύθυνση IP που ανήκει στην τεχνολογία TCP/IP και αποδίδεται στις συσκευές του δικτύου από τον διαχειριστή του δικτύου. Αν το δίκτυο αυτό είναι απευθείας συνδεδεµένο µε το δηµόσιο Internet, οι διευθύνσεις αυτές υπαγορεύονται από το NIC, διαφορετικά ο διαχειριστής µπορεί να επιλέξει τις διευθύνσεις που τον εξυπηρετούν. 2

3 Επίπεδο Πρόσβασης ικτύου Πρόσβαση στο φυσικό µέσο, στο οποίο µεταδίδεται η πληροφορία µε µορφή πακέτων και αντιπροσωπεύει το χαµηλότερο λογικό επίπεδο λειτουργικότητας.. καλώδια, αναµεταδότες, κάρτες δικτύου, πρωτόκολλα πρόσβασης τοπικών δικτύων. 3

4 Επίπεδο ικτύου Υπεύθυνο για την µετάδοση στο φυσικό δίκτυο των πακέτων που δηµιουργούνται από το TCP/UDP (Επίπεδο Μεταφοράς). Χρησιµοποιείται το IP ή πρωτόκολλο ιαδικτύου. Παροχή λογικών διευθύνσεων (γνωστών IP διευθύνσεων) στα σηµεία διεπαφής µε το φυσικό δίκτυο (δηλ.συσκευής που διαθέτει την δική της διεύθυνση). Αντιστοιχίζει λογικές (IP) µε φυσικές διευθύνσεις. 4

5 Επίπεδο ικτύου Φυσική διεύθυνση: Κάθε συσκευή έχει δυνατότητα να διαθέτει µια διεύθυνση IP (π.χ. µια κάρτα δικτύου Η/Υ), έχει επίσης και ένα µοναδικό χαρακτηριστικό αναγνωριστικό αριθµό, την φυσική διεύθυνση ή διεύθυνση MAC ή οποία δίνεται από τον κατασκευαστή της και είναι σταθερή. 5

6 Το πρόβληµα που τίθεται πλέον είναι πως γίνεται η µετατροπή από το ένα είδος διεύθυνσης στην άλλη. Σε ένα περιβάλλον τοπικού δικτύου (συνήθως Ethernet) αυτό επιτυγχάνεται µε το πρωτόκολλο ARP, Address Resolution Protocol, Πρωτόκολλο Μετατροπής ιεύθυνσης. Να σηµειώσουµε εδώ ότι το ARP ανήκει στα πρωτόκολλα του χαµηλότερου επιπέδου (Πρόσβασης ικτύου) στην ιεραρχία του TCP/IP. 6

7 Ποιο είναι το έργο του Πρωτοκόλλου Μετατροπής ιεύθυνσης (Address Resolution Protocol ARP) Κάνει δυναµική µετατροπή των IP διευθύνσεων σε φυσικές(ethernet) διευθύνσεις. Η µετατροπή αυτή είναι απαραίτητη για να µπορέσουν να επικοινωνήσουν, µεταξύ τους συστήµατα που δε γνωρίζουν το ένα τη φυσική διεύθυνση του άλλου. Χρησιµοποιεί έναν ARPπίνακα ο οποίος έχει για κάθε συσκευή του δικτύου µία γραµµή µε δύο στήλες: την ΙΡ διεύθυνση και τη φυσική (Ethernet) διεύθυνση της συσκευής Εγγραφές (δηλαδή γραµµές του πίνακα), που δεν έχουν χρησιµοποιηθεί για ορισµένο χρονικό διάστηµα, διαγράφονται από τον πίνακα. 7

8 Γιατί χρειάζεται το ARP; Κλασικό Ethernet: όλα τα µηχανήµατα µοιράζονται το ίδιο µέσο. Σε ένα δίκτυο Ethernet, όλα τα µηχανήµατα λαµβάνουν όλα τα µηνύµατα, άσχετα µε το που απευθύνονται (στο κλασικό Ethernet όλα τα µηχανήµατα µοιράζονται το ίδιο µέσο). Κάθε µηχάνηµα προφανώς πρέπει να επεξεργαστεί µόνο τα δεδοµένα που απευθύνονται σε αυτό. Αν δεν υπήρχε το πρωτόκολλο ARP θα έπρεπε να παραλάβει κάθε πακέτο από το φυσικό µέσο και να το επεξεργαστεί µέχρι το επίπεδο δικτύου για να διαπιστώσει αν η διεύθυνση IP προορισµού ταυτίζεται µε την δική του. Με το ARP αυτό γίνεται γρηγορότερα στο επίπεδο πρόσβασης δικτύου. 8

9 Το πρωτόκολλο ARP αναλαµβάνει να µετατρέψει µια IP διεύθυνση στην αντίστοιχη φυσική. Αυτό θα µπορούσαµε να το επιτύχουµε αποθηκεύοντας την αντιστοίχιση αυτή σε ένα πίνακα δύο στηλών (IP ιεύθυνση, Φυσική ιεύθυνση). Ωστόσο αν κάνουµε αυτή τη διαδικασία χειροκίνητα, σύντοµα θα έχουµε µεγάλο πρόβληµα, ειδικά όταν προστίθενται νέες συσκευές (οπότε και θα απαιτείται ενηµέρωση). Εννοείται ότι το πρόβληµα γίνεται ακόµα πιο έντονο σε µεγάλα δίκτυα. 9

10 Με ποιο τρόπο λειτουργεί το πρωτόκολλο ARP; Το πρωτόκολλο ARP κάνει ακριβώς αυτή την αντιστοίχιση από IP διεύθυνση στην φυσική και διατηρεί τον πίνακα τον οποίο συζητήσαµε παραπάνω αλλά δυναµικά. Αυτό σηµαίνει ότι αναλαµβάνει να ανακαλύψει αρχικά ποια διεύθυνση IP αντιστοιχεί σε ποια διεύθυνση MAC αλλά και να ενηµερώνει αυτές τις καταχωρίσεις όταν προστίθενται νέα µηχανήµατα (ή όταν γίνεται αλλαγή διευθύνσεων σε υπάρχοντα). 10

11 Με ποιο τρόπο λειτουργεί το πρωτόκολλο ARP; Κεντρικό στοιχείο του πρωτοκόλλου ARP είναι ένας πίνακας 2 στηλών. Στη µια στήλη είναι καταχωρηµένες οι IP διευθύνσεις, ενώ στην άλλη στήλη υπάρχουν οι αντίστοιχες φυσικές διευθύνσεις. Κάθε εγγραφή του πίνακα αντιστοιχεί σε µία συσκευή. 11

12 Παράδειγµα ARP Πίνακα IP διεύθυνση Ethernet διεύθυνση F D BF-3E-3333 Ερώτηση: Πόσες συσκευές υπάρχουν στον παραπάνω ARP Πίνακα; Απάντηση: Ερώτηση: Τρεις. Όσες δηλαδή είναι οι γραµµές του ARP Πίνακα. Ποια είναι η Φυσική ιεύθυνση της συσκευής που έχει IP ; Απάντηση: D 12

13 Πώς λειτουργεί το πρωτόκολλο ARP; Μόλις το ARP πάρει µία IPδιεύθυνση, ψάχνει τον ARP πίνακα για να δει αν υπάρχει εγγραφή που να αντιστοιχεί σε αυτή την IP διεύθυνση Αν υπάρχει εγγραφή, τότε επιστρέφει την αντίστοιχη φυσική διεύθυνση ιαφορετικά, αν δεν υπάρχει, στέλνει ένα ειδικό µήνυµα που ονοµάζεται ARP αίτηση σε όλες τις συσκευές του δικτύου Εάν µία συσκευή αναγνωρίσει στην IP διεύθυνσηπροορισµού της αίτησης,, τη δική της ΙΡ διεύθυνση,, στέλνει µία ARP απάντηση µε τη δική της φυσική διεύθυνση στη συσκευή που έστειλε την ARP αίτηση. (Η ARPαπάντηση έχει την ίδια µορφή µε την ARPαίτηση, µε τη διαφορά, ότι έχει ανάποδα τα πεδία αποστολέα και προορισµού) Η συσκευή που δηµιούργησε την ARP αίτηση, δηµιουργεί µια νέα εγγραφή στον ARP πίνακά της και βάζει εκεί τη διεύθυνση που µόλις έλαβε. Όταν χρειαστεί ξανά να βρει τη φυσική διεύθυνση αυτής της συσκευής, θα διαβάσει απλώς τον πίνακα και δεν θα χρειαστεί να δηµιουργηθεί νέο αίτηµα ARP. 13

14 ARPΑίτηση IP διεύθυνση αποστολέα Ethernet διεύθυνση αποστολέα IP διεύθυνση προορισµού Ethernet διεύθυνση προορισµού F-C <Κενό> IP διεύθυνση αποστολέα ARPΑπάντηση Ethernet διεύθυνση αποστολέα Α9 IP διεύθυνση προορισµού Ethernet διεύθυνση προορισµού 14

15 Συνοψίστε το σενάριο διεργασιών, που γίνονται στον υπολογιστή του αποστολέα κατά τη λειτουργία του ARP 1. ηµιουργείται η ARP αίτηση 2. Το IP αυτοδύναµο πακέτο µπαίνει σε ουρά αναµονής 3. Λαµβάνεται η ARP απάντηση και µία νέα εγγραφή καταχωρείται στον ARP πίνακα (Αν κανένας υπολογιστής στο δίκτυο δεν απαντήσει στην ARP αίτηση, τότε δεν θα γίνουν τα παρακάτω βήµατα 4 και 5 και το πρωτόκολλο IP θα απορρίψει το IP αυτοδύναµο πακέτο που περιµένει σε αναµονή) 4. Μετατρέπεται η IP διεύθυνση στην αντίστοιχη Ethernet διεύθυνση µε βάση τον ARP πίνακα 5. Το IP αυτοδύναµο πακέτο βγαίνει από την ουρά αναµονής, σχηµατίζεται ένα Ethernet πακέτο και µεταδίδεται στο δίκτυο 15

16 AA-CC BB A telnet F-C DE-4C FF-56-3B F-C3 16

17 AA-CC BB A To βρίσκεται στο ίδιο Τοπικό ίκτυο; ΝΑΙ! Άρα το πακέτο θα σταλεί µέσω του Φυσικού ικτύου ( ηλαδή µέσω του δικτύου Ethernet!) Χρειάζοµαι την Ethernet διεύθυνση του F-C DE-4C FF-56-3B Θα ψάξω στον ARP Πίνακα µου, να τη βρω! F-C3 17

18 AA-CC BB A Υπάρχει εγγραφή για την IPδιεύθυνση ; ΌΧΙ! IP διεύθυνση Ethernet διεύθυνση BB FF F-C3 3B DE-4C FF-56-3B DE- 4C ARP Πίνακας F-C3 18

19 AA-CC BB A Θα στείλω µία ARP Αίτηση στο δίκτυο για να µάθω τη Φυσική ιεύθυνση του ! IP διεύθυνση αποστολέα Ethernet διεύθυνση αποστολέα F-C3 διεύθυνση DE-4C FF-56-3B IP διεύθυνση παραλήπτη Ethernet διεύθυνση παραλήπτη ARP Αίτηση F-C3 <Κενό> F-C3 19

20 AA-CC BB A ARP Αίτηση F-C DE-4C FF-56-3B 20

21 A AA-CC BB Αυτή η ARP Αίτηση A9 είναι για µένα! Θα ετοιµάσω και θα στείλω µία ARP Απάντηση! IP διεύθυνση αποστολέα Ethernet διεύθυνση αποστολέα IP διεύθυνση παραλήπτη Ethernet διεύθυνση παραλήπτη Α F-C3 ARP Απάντηση F-C DE-4C FF-56-3B 21

22 AA-CC BB A ARP Απάντηση F-C DE-4C FF-56-3B 22

23 AA-CC BB A Αυτή Η Φυσική η ARP ιεύθυνση Απάντηση του είναι για Α9! µένα! IP διεύθυνση αποστολέα Ethernet διεύθυνση αποστολέα IP διεύθυνση παραλήπτη διεύθυνση F-C3 παραλήπτη F-C DE-4C FF-56-3B Ethernet διεύθυνση ARP Απάντηση Α F-C3 23

24 AA-CC BB A Θα την καταχωρήσω στον ARP πίνακα µου. IP διεύθυνση Ethernet διεύθυνση BB FF-56-3B DE C Α F-C DE-4C FF-56-3B ARP Πίνακας στον F-C3 Θα τη βάλω στο Ethernet πακέτο που θέλω να στείλω στον

25 AA-CC BB A Θα τη βάλω στο Ethernet πακέτο που θα στείλω στον Α9 Ε Ε Ε εδοµένα Ethernet IP αυτοδύναµο πακέτο πακέτο F-C DE-4C FF-56-3B Ethernet επικεφαλίδα 25

26 AA-CC BB A Ε Ε Ε εδοµένα F-C DE-4C FF-56-3B 26

27 Ποια η χρησιµότητα του ARP πίνακα, τον οποίο διατηρεί το πρωτόκολλο ARP; Καθώς συνδέουµε και αφαιρούµε συσκευές από το δίκτυο, ο πίνακας ARP ενηµερώνεται αυτόµατα, καθώς στέλνονται νέες αιτήσεις και λαµβάνονται οι απαντήσεις τους. Η προσαρµογή έτσι επιτυγχάνεται αυτόµατα και δυναµικά, χωρίς να απαιτείται επέµβαση από το διαχειριστή του δικτύου. Αν ο πίνακας ARP δεν υπήρχε, θα έπρεπε συνέχεια να στέλνονται αιτήσεις (ακόµα και για διευθύνσεις που έχουν διευκρινιστεί στο παρελθόν). Κάτι τέτοιο θα αύξανε την κίνηση στο δίκτυο και θα είχε επιπτώσεις στην απόδοση του. 27

28 Πότε µία συσκευή δε γνωρίζει την IPδιεύθυνσή της και τι συµβαίνει τότε; Όταν µία νέα συσκευή µπει στο δίκτυο τότε η συσκευή αυτή γνωρίζει τη φυσική της διεύθυνση,, αλλά δε γνωρίζει την IPτης διεύθυνση. Ένα µειονέκτηµα του πρωτοκόλλου ARP είναι ότι δεν προβλέπει κάποιο είδος µηνύµατος µε το οποίο µια τέτοια συσκευή να δηµιουργεί αίτηση για να της χορηγηθεί IP. 28

29 Τι σηµαίνει ότι µια νέα συσκευή δεν γνωρίζειτην IP διεύθυνση της; Μα προηγουµένως λέγαµε ότι ο διαχειριστής ή / και το NICείναι υπεύθυνα για να δίνουν IP διευθύνσεις στα µηχανήµατα! Σε πολλά τοπικά δίκτυα, η σύνδεση στο Internet γίνεται µέσω ενός µόνος σηµείου (π.χ. στο εργαστήριο του σχολείου γίνεται µέσω του ADSL δροµολογητή). Το σηµείο αυτό είναι και το µόνο που φαίνεται άµεσα στο Internet. Όλες οι διευθύνσεις του εσωτερικού δικτύου µπορούν να αποδοθούν από τον τοπικό διαχειριστή όπως αυτός θέλει. Υπάρχουν δύο τρόποι για να γίνει αυτό: Στατικές διευθύνσεις: ηλ. ο διαχειριστής να πάει σε ένα-ένα τα µηχανήµατα του δικτύου και να ρυθµίσει χειροκίνητα την κατάλληλη διεύθυνση, προσέχοντας να µη δώσει την ίδια διεύθυνση παραπάνω από µια φορά. Αυτόµατο σύστηµα απόδοσης διευθύνσεων: ένας υπολογιστής αναλαµβάνει δυναµικά να αποδίδει διευθύνσεις σε κάθε νέα συσκευή που συνδέεται στο δίκτυο. Ο υπολογιστής αυτός αναλαµβάνει και την ενηµέρωση του αντίστοιχου ARP πίνακα. 29

30 RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Πρωτόκολλο Αντίστροφης Μετατροπής ιεύθυνσης Υπάρχουν ειδικές συσκευές, οι RARP εξυπηρετητές οι οποίοι όταν συνδέεται µια συσκευή δηµιουργεί αίτηµα το οποίο πάει σε όλες τις συσκευές του δικτύου. Η συσκευή που τρέχει τον RARP εξυπηρετητή, επιστρέφει την διεύθυνση IP της συσκευής. Ο RARP εξυπηρετητής µπορεί να βρίσκεται στο server. Νέα συσκευή που συνδέεται στο δίκτυο. 30

31 Πότε µία συσκευή δε γνωρίζει την IPδιεύθυνσή της και τι συµβαίνει τότε; (Ή αλλιώς: Τι γνωρίζετε για το Πρωτόκολλο RARP); Όταν µία νέα συσκευή µπει στο δίκτυο τότε η συσκευή αυτή γνωρίζει τη φυσική της διεύθυνση,, αλλά δε γνωρίζει την IP της διεύθυνση. Θα πρέπει να χρησιµοποιήσει το RARP πρωτόκολλο, δηλαδή το Πρωτόκολλο Αντίστροφης Μετατροπής ιεύθυνσης,, για να µάθει την IP διεύθυνση της. Το RARP κάνει την αντίστροφη δουλειά από το ARP. Βάζει δηλαδή σε µία ερώτηση τη φυσική διεύθυνση της συσκευής και περιµένει σαν απάντηση την αντίστοιχη IP διεύθυνση. Παρόλο που οι ερωτήσεις του RARP απευθύνονται σε όλες τις συσκευές του δικτύου, µπορούν να τις απαντήσουν µόνο ειδικές συσκευές που λέγονται RARP εξυπηρετητές. 31

32 Παρατηρήσεις για το ARP πρωτόκολλο Όταν µια ARP εγγραφή στο πίνακα δεν έχει χρησιµοποιηθεί για µεγάλο χρονικό διάστηµα, συνήθως διαγράφεται αυτόµατα. Ο πίνακας ARP είναι αναγκαίος γιατί δεν υπάρχει τρόπος να καθοριστεί η MAC διεύθυνση από την IP διεύθυνση (π.χ. µέσω κάποιου αλγόριθµου). Η IP διεύθυνση καθορίζεται από το NIC (Network Information Center) και τον τοπικό διαχειριστή δικτύου ενώ η MAC δίνεται από τον κατασκευαστή/εταιρία του δικτυακού υλικού (και την διεύθυνση που έχει αποδοθεί από την IEEE). 32

33 Θέµατα 2009 Έστω ότι οι υπολογιστές Α και Β συνδέονται στο ίδιο φυσικό δίκτυο. Ο υπολογιστής Α θέλει να στείλει δεδοµένα στον υπολογιστή Β και γνωρίζει µόνο τη διεύθυνση IP του υπολογιστή Β. Να τοποθετήσετε στη σωστή σειρά την παρακάτω ακολουθία ενεργειών, για να ολοκληρωθεί η αποστολή των δεδοµένων από τον υπολογιστή Α στον υπολογιστή Β: 1. Μετατρέπεται η IP διεύθυνση στην αντίστοιχη Ethernet µε βάση τον ενηµερωµένο ARP πίνακα. 2. Λαµβάνεται η ARP απάντηση και µία νέα εγγραφή καταχωρείται στον ARP πίνακα. 3. Το IP αυτοδύναµο πακέτο βγαίνει από την ουρά αναµονής, σχηµατίζεται ένα Ethernet πακέτο και µεταδίδεται στο δίκτυο. 4. ηµιουργείται η ARP ερώτηση. 5. Το IP αυτοδύναµο πακέτο µπαίνει σε ουρά αναµονής. 4,5,2,1,3 33

34 Εάν µία νέα συσκευή στο δίκτυο δεν γνωρίζει την IP διεύθυνσή της, τότε θα πρέπει να στείλει µία: 1. ARP ερώτηση 2. RARP απάντηση 3. ARP απάντηση 4. RARP ερώτηση Πρωτόκολλο που µετατρέπει τις φυσικές διευθύνσεις στις αντίστοιχες IP. 1. TCP 2. RARP 3. IP 4. ARP 5. DNS 34

35 Πρωτόκολλο που µετατρέπει τις IP διευθύνσεις στις αντίστοιχες φυσικές, 1. DNS 2. TCP 3. ARP 4. RARP 5. IP Ποιο από τα παρακάτω πεδία είναι κενό στην περίπτωση της ARP ερώτησης; 1. Κανένα 2. Mac διεύθυνση προορισµού 3. Mac διεύθυνση αποστολέα 4. IP διεύθυνση αποστολέα 5. IP διεύθυνση προορισµού Ποιο από τα παρακάτω πεδία είναι κενό στην περίπτωση της ARP απάντησης; 1. Mac διεύθυνση αποστολέα 2. Mac διεύθυνση προορισµού 3. Κανένα 4. IP διεύθυνση αποστολέα 5. IP διεύθυνση προορισµού 35