Address Resolution Protocol (ARP)

Address Resolution Programm

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Was ist das Address Resolution Protocol (ARP)?

Das Address Resolution Protocol (ARP) wurde f├╝r die Kommunikation in einem Netzwerk entwickelt und ist in RFC 826 definiert. Layer 3-Ger├Ąte ben├Âtigen das ARP, um IP-Netzwerkadressen auf MAC-Hardwareadressen abzubilden, sodass IP-Pakete ├╝ber die Netzwerke gesendet werden k├Ânnen. Das Protokoll arbeitet unterhalb der Netzwerkschicht als Teil der Schnittstelle zwischen dem OSI-Netzwerk und der OSI-Verbindungsschicht.

Definition

Der Begriff “Address Resolution” bezieht sich auf den Prozess des Ermittelns der Adresse eines Computers in einem Netzwerk. Die Adresse wird “aufgel├Âst” unter Verwendung eines Protokolls, in dem eine Information von einem Client-Prozess, der auf dem lokalen Computer ausgef├╝hrt wird, an einen Serverprozess gesendet wird, der auf einem entfernten Computer ausgef├╝hrt wird.┬á

Grundlegende Informationen zum Address Resolution Protocol (ARP)

Die IP-Adressierung erfolgt auf Layer 2, der Datenverbindung und auf Layer 3, der Netzwerkebene des Open System Interconnection (OSI) -Referenzmodells. OSI ist ein Architekturnetzwerkmodell, das von ISO und ITU-T (International Telecommunication Union) entwickelt wurde und aus sieben Schichten besteht. Jede Schicht spezifiziert bestimmte Netzwerkfunktionen wie Adressierung, Ablaufsteuerung, Fehlerkontrolle, Kapselung und zuverl├Ąssige Nachrichten├╝bertragung.

Layer 2-Adressen werden f├╝r lokale ├ťbertragungen zwischen Ger├Ąten verwendet, die direkt miteinander verbunden sind. Layer 3-Adressen werden f├╝r indirekt verbundene Ger├Ąte in einer Internet-Umgebung verwendet. Jedes Netzwerk verwendet die Adressierung, um Ger├Ąte zu identifizieren und zu gruppieren, sodass Daten gesendet und empfangen werden k├Ânnen. Ethernet, Token Ring und Fiber Distributed Data Interface (FDDI) verwenden MAC-Adressen (Media Access Control), die in die Netzwerkkarte (NIC) eines Ger├Ątes “eingebrannt” sind. Die am h├Ąufigsten verwendeten Netzwerktypen sind Ethernet II und SNAP.

Damit Ger├Ąte miteinander kommunizieren k├Ânnen, wenn sie nicht Teil desselben Netzwerks sind, muss die 48-Bit-MAC-Adresse einer IP-Adresse zugeordnet werden. Zum Zweck der IP-Zuordnung enthalten Ethernet-, Token Ring- und FDDI-Rahmen die Ziel- und Quelladressen.┬á

Funktionsweise des Address Resolution Protocol (ARP)

Das Address Resolution Protocol (ARP) wird verwendet, wenn an ein Netzwerk gesendete Informationen am Gateway ankommen, das als Eingangspunkt f├╝r das Netzwerk dient. Das Gateway verwendet das ARP, um die MAC-Adresse des Computers anhand der IP-Adresse zu ermitteln, an die die Daten gesendet werden. Wenn ein Quellger├Ąt mit einem anderen Ger├Ąt kommunizieren m├Âchte, ├╝berpr├╝ft das Quellger├Ąt seinen ARP-Cache, um festzustellen, ob bereits eine MAC-Adresse des Zielger├Ąts aufgel├Âst wurde. Wenn eine Adresse vorhanden ist, wird es diese MAC-Adresse f├╝r die Kommunikation verwenden.

Falls die MAC-Adresse nicht im lokalen Cache vorhanden ist, generiert das Quellger├Ąt eine ARP-Anforderungsnachricht. Es legt seine eigene Adresse als Absenderhardwareadresse und die eigene IPv4-Adresse als Absenderprotokoll Adresse fest. Die Adresse der Zielhardware bleibt leer, da das Ger├Ąt versucht, diese zu finden. Die Quelle sendet die ARP-Anforderungsnachricht anschlie├čend an jedes Ger├Ąt im lokalen Netzwerk. Die Nachricht wird von jedem Ger├Ąt im LAN empfangen. Jedes Ger├Ąt vergleicht die Zielprotokolladresse, das hei├čt die IPv4-Adresse des Computers, mit dem die Quelle zu kommunizieren versucht mit seiner eigenen IPv4-Adresse. Wenn das Zielger├Ąt eine ├ťbereinstimmung findet, erzeugt es eine ARP-Antwortnachricht. Dabei werden die Sender-Hardware-Adress- und die Sender-Protokoll-Adress-Felder ├╝bernommen und diese Werte f├╝r die Zielhardwareadresse und die Zielprotokolladresse der Antwortnachricht verwendet.

Das Zielger├Ąt aktualisiert gleichzeitig seinen ARP-Cache. Das Zielger├Ąt sendet die ARP-Antwortnachricht an das Quellger├Ąt zur├╝ck. Es handelt sich in diesem Fall um eine an eine Adresse gerichtete Unicast-Nachricht und nicht um eine an alle Adresse gerichtete Broadcast-Nachricht. Das Quellger├Ąt verarbeitet die ARP-Antwort, speichert die Absenderhardwareadresse und aktualisiert seinen ARP-Cache mit der Absenderhardwareadresse und der Absenderprotokolladresse, die er ├╝ber die der ARP-Antwortnachricht erhalten hat.

Address Resolution Protocol (ARP) Caching

Da die Zuordnung von IP-Adressen zu MAC-Adressen an jedem Ger├Ąt der Schicht 3 im Netzwerk f├╝r alle Daten erfolgt, die ├╝ber ein Netzwerk gesendet werden, k├Ânnte die Leistung des Netzwerks beeintr├Ąchtigt werden. Um ├ťbertragungen zu minimieren und die unn├Âtige Nutzung von Netzwerkressourcen einzuschr├Ąnken, wurde das ARP-Caching implementiert.

ARP-Caching ist eine Methode, Netzwerkadressen und die zugeh├Ârigen Datenlink-Adressen f├╝r einen Zeitraum im Speicher zu speichern. Dadurch wird die Verwendung wertvoller Netzwerkressourcen minimiert. Die Cache-Eintr├Ąge werden beibehalten, obwohl die Informationen veraltet sein k├Ânnen. Daher ist es wichtig, dass die Cache-Eintr├Ąge so festgelegt werden, dass sie regelm├Ą├čig ablaufen. Jedes Ger├Ąt in einem Netzwerk aktualisiert seine Tabellen, wenn Adressen gesendet werden.

Es gibt statische ARP-Cache-Eintr├Ąge und dynamische ARP-Cache-Eintr├Ąge. Statische Eintr├Ąge werden manuell konfiguriert und dauerhaft in der Cache-Tabelle gespeichert. Statische Eintr├Ąge eignen sich am besten f├╝r Ger├Ąte, die regelm├Ą├čig mit anderen Ger├Ąten kommunizieren m├╝ssen, die sich normalerweise im selben Netzwerk befinden. Dynamische Eintr├Ąge werden von Software hinzugef├╝gt, f├╝r einen bestimmten Zeitraum aufbewahrt und dann entfernt.

Statische und dynamische Eintr├Ąge im ARP-Cache

Statisches Routing erfordert, dass ein Administrator IP-Adressen, Subnetzmasken, Gateways und entsprechende MAC-Adressen f├╝r jede Schnittstelle jedes Ger├Ątes manuell in eine Tabelle eingibt. Statisches Routing erm├Âglicht mehr Kontrolle, erfordert jedoch mehr Arbeit, um die Tabelle zu verwalten. Die Tabelle muss jedes Mal aktualisiert werden, wenn Routen hinzugef├╝gt oder ge├Ąndert werden.

Dynamisches Routing verwendet Protokolle, die es den Ger├Ąten in einem Netzwerk erm├Âglichen, Routing-Tabelleninformationen miteinander auszutauschen. Die Tabelle wird automatisch erstellt und ge├Ąndert. Solange kein Zeitlimit hinzugef├╝gt wird, sind keine administrativen Aufgaben erforderlich, sodass dynamisches Routing effizienter ist als statisches Routing. Das Standardzeitlimit betr├Ągt 4 Stunden.

Es gibt auch Ger├Ąte, die kein Address Resolution Protocol (ARP) verwenden

Wenn ein Netzwerk in zwei Segmente unterteilt ist, verbindet eine Bridge die Segmente und filtert den Datenverkehr zu jedem Segment basierend auf den MAC-Adressen. Die Bridge erstellt ihre eigene Adresstabelle, die nur MAC-Adressen und keine IP-Adresse verwendet. Im Gegensatz dazu verf├╝gt ein Router ├╝ber einen ARP-Cache, der sowohl IP-Adressen als auch die entsprechenden MAC-Adressen enth├Ąlt. Passive Hubs sind Ger├Ąte mit zentraler Verbindung, die andere Ger├Ąte in einem Netzwerk physisch verbinden. Sie senden Nachrichten an alle Ports der Ger├Ąte und arbeiten auf Schicht 1, aber sie verwalten keine Adresstabelle und nutzen kein Address Resolution Protocol (ARP).


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