В чем заключается преимущество сохранения в памяти записей кэша arp на исходном компьютере

Обновлено: 16.06.2024

В этой статье описано поведение кэшинга протокола разрешения адресов (ARP) в реализации TCP/IP.

Применяется к: Windows Server 2012 R2, Windows 10 — все выпуски, Windows 7 Пакет обновления 1
Исходный номер КБ: 949589

Введение

В этой статье описывается поведение кэшинга протокола разрешения адресов (ARP) в Windows реализации Vista TCP/IP.

Дополнительная информация

Поведение кэшинга ARP было изменено в Windows Vista. Реализации TCP/IP-стека в Windows Vista соответствуют RFC4861 (протоколу обнаружения соседей для IP версии 6 [Ipv6]) как для IPv4, так и для процесса обнаружения соседей IPv6.

Записи реестра ArpCacheLife и ArpCacheMinReferencedLife определяют, как поддерживается кэш ARP в Windows XP и Windows Server 2003. Эти записи реестра больше не применяются к Windows Vista.

Значение "Время достижения" рассчитывается следующим образом:
Reachable Time = BaseReachable Time × (случайное значение между MIN_RANDOM_FACTOR и MAX_RANDOM_FACTOR)
RFC предоставляет следующие рассчитанные результаты.

Время BaseReachable	30 000 миллисекунд (ms)
MIN_RANDOM_FACTOR	0.5
MAX_RANDOM_FACTOR	1.5

Таким образом, значение "время достижения" составляет от 15 секунд (30 × 0,5 секунды) до 45 секунд (30 × 1,5 секунды). Если запись не используется в течение 15-45 секунд, она изменяется в состояние "Stale". Затем при отправке любого IP-адреса в сеть должен быть отправлен запрос ARP для IPV4.

Чтобы увидеть текущее значение "Время достижения", выполните следующие действия:

Если вам предложен пароль администратора или подтверждение, введите пароль или нажмите кнопку Продолжить.

Введите следующую команду:
netsh interface ipv4 show interfaces
Пример результата:

На шаге 2 "Локальное подключение к области" Idx — 9. Таким образом, вы можете показать интерфейс 9, введя следующую команду в командной подсказке:
netsh interface ipv4 show interface 9
Пример результата:

Вы можете изменить значение "Время BaseReachable", введя команду следующего примера в командной подсказке:
netsh interface ipv4 set interface 9 basereachable=60000

Чтобы увидеть результат шага 4, введите следующую команду в командной подсказке:
netsh interface ipv4 show interface 9
Пример результата:

Значение "Базовое понятное время" изменилось до 60000 мс.

Можно увеличить ограничение кэша соседей, введя следующую команду в командной подсказке:
netsh interface ipv4 set global neighborcachelimit = 4096

Ограничение кэша соседей по умолчанию — 256 для клиентских версий Windows и 1024 для Windows Server.

В этой статье упомянуты программные продукты независимых производителей. Корпорация Майкрософт не дает никаких гарантий, подразумеваемых и прочих, относительно производительности и надежности этих продуктов.

Контактные данные сторонних организаций предоставлены в этой статье с целью помочь пользователям получить необходимую техническую поддержку. Эти данные могут быть изменены без предварительного уведомления. Корпорация Майкрософт не дает гарантий относительно правильности приведенных контактных данных сторонних производителей.

Доброго времени суток, дорогие хабраюзеры. Этой статьей я хочу начать цикл повествования о протоколах, которые помогают нам прозрачно, быстро и надежно обмениваться информацией. И начать с протокола ARP.

Как известно, адресация в сети Internet представляет собой 32-битовую последовательность 0 и 1, называющихся IP-адресами. Но непосредственно связь между двумя устройствами в сети осуществляется по адресам канального уровня (MAC-адресам).

Так вот, для определения соответствия между логическим адресом сетевого уровня (IP) и физическим адресом устройства (MAC) используется описанный в RFC 826 протокол ARP (Address Resolution Protocol, протокол разрешения адресов).

ARP состоит из двух частей. Первая – определяет физический адрес при посылке пакета, вторая – отвечает на запросы других станций.

Протокол имеет буферную память (ARP-таблицу), в которой хранятся пары адресов (IP-адрес, MAC-адрес) с целью уменьшения количества посылаемых запросов, следовательно, экономии трафика и ресурсов.

Пример ARP-таблицы.

192.168.1.1 08:10:29:00:2F:C3
192.168.1.2 08:30:39:00:2F:C4

Слева – IP-адреса, справа – MAC-адреса.

Прежде, чем подключиться к одному из устройств, IP-протокол проверяет, есть ли в его ARP-таблице запись о соответствующем устройстве. Если такая запись имеется, то происходит непосредственно подключение и передача пакетов. Если же нет, то посылается широковещательный ARP-запрос, который выясняет, какому из устройств принадлежит IP-адрес. Идентифицировав себя, устройство посылает в ответ свой MAC-адрес, а в ARP-таблицу отправителя заносится соответствующая запись.

Записи ARP-таблицы бывают двух вид видов: статические и динамические. Статические добавляются самим пользователем, динамические же – создаются и удаляются автоматически. При этом в ARP-таблице всегда хранится широковещательный физический адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF (в Linux и Windows).

Создать запись в ARP-таблице просто (через командную строку):

arp –s <IP-адрес> <MAC-адрес>

Вывести записи ARP-таблицы:

После добавления записи в таблицу ей присваивается таймер. При этом, если запись не используется первые 2 минуты, то удаляется, а если используется, то время ее жизни продлевается еще на 2 минуты, при этом максимально – 10 минут для Windows и Linux (FreeBSD – 20 минут, Cisco IOS – 4 часа), после чего производится новый широковещательный ARP-запрос.

тип сети (16 бит): для Ethernet – 1;
тип протокола (16 бит): h0800 для IP;
длина аппаратного адреса (8 бит);
длина сетевого адреса (8 бит);
тип операции (16 бит): 1 – запрос, 2 — ответ;
аппаратный адрес отправителя (переменная длина);
сетевой адрес отправителя (переменная длина);
аппаратный адрес получателя (переменная длина);
сетевой адрес получателя (переменная длина).

А вот как происходит определение маршрута с участием протокола ARP.

Пусть отправитель A и получатель B имеют свои адреса с указанием маски подсети.

Если адреса находятся в одной подсети, то вызывается протокол ARP и определяется физический адрес получателя, после чего IP-пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу, соответствующему IP-адресу назначения.
Если нет – начинается просмотр таблицы в поисках прямого маршрута.
Если маршрут найден, то вызывается протокол ARP и определяется физический адрес соответствующего маршрутизатора, после чего пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу.
В противном случае, вызывается протокол ARP и определяется физический адрес маршрутизатора по умолчанию, после чего пакет инкапсулируется в кадр канального уровня и отправляется по указанному физическому адресу.

Главным достоинством проткола ARP является его простота, что порождает в себе и главный его недостаток – абсолютную незащищенность, так как протокол не проверяет подлинность пакетов, и, в результате, можно осуществить подмену записей в ARP-таблице (материал для отдельной статьи), вклинившись между отправителем и получателем.

Бороться с этим недостатком можно, вручную вбивая записи в ARP-таблицу, что добавляет много рутинной работы как при формировании таблицы, так и последующем ее сопровождении в ходе модификации сети.

Существуют еще протоколы InARP (Inverse ARP), который выполняет обратную функцую: по заданному физическому адресу ищется логический получателя, и RARP (Reverse ARP), который схож с InARP, только он ищет логический адрес отправителя.

В целом, протокол ARP универсален для любых сетей, но используется только в IP и широковещательных (Ethernet, WiFi, WiMax и т.д.) сетях, как наиболее широко распространенных, что делает его незаменимым при поиске соответствий между логическими и физическими адресами.

ARP-протокол

Что за ARP-таблица?

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

ping 192.168.1.2
Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=15ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=15ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=14ms TTL=57
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=17ms TTL=57

Ping statistics for 192.168.1.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 14ms, Maximum = 17ms, Average = 15ms

Протокол ARP предназначен для определения адресов канального уровня (MAC-адресов) по известным IP-адресам. Это очень важный протокол, его работа напрямую влияет на работоспособность сети в целом.

Назначение протокола ARP

Для взаимодействия устройств друг с другом необходимо, чтобы у передающего устройства был IP- и MAC-адреса получателя. Когда одно из устройств пытается установить связь с другим, с известным IP-адресом, ему необходимо определить MAC-адрес получателя. Набор протоколов TCP/IP имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC-адрес. На рис. ниже проиллюстрирован процесс, позволяющий определить MAC-адрес, связанный с известным IP-адресом.

Получение MAC-адреса по известному IP-адресу

Некоторые устройства хранят специальные ARP-таблицы, в которых содержится информация о MAC- и IP-адресах других устройств, подключенных к той же локальной сети. ARP-таблицы позволяют установить однозначное соответствие между IP- и MAC-адресами. Такие таблицы хранятся в определенных областях оперативной памяти и обслуживаются автоматически на каждом из сетевых устройств (см. таблицы ниже). В редких случаях приходится создавать ARP-таблицы вручную. Обратите внимание, что каждый компьютер в сети поддерживает свою собственную ARP-таблицу.

Запись в ARP таблице

ARP-таблица для адреса 198.150.11.36

Куда бы не передавались сетевым устройством данные, для их пересылки всегда используется информация, хранящаяся в ARPтаблице (рис. ниже: одно из устройств хочет передать данные другому устройству).

Функционирование протокола ARP в подсетях

Для передачи данных от одного узла другому отправитель должен знать IP- и MAC-адрес получателя. Если он не может получить искомый физический адрес из собственной ARP-таблицы, инициируется процесс, называемый ARPзапросом, ко торый проиллюстрирован на рис. выше.

ARP-запрос позволяет узлу определить MAC-адрес получателя. Узел создает фрейм ARP-запроса и рассылает его всем сетевым устройствам. Фрейм ARP-запроса состоит из двух частей:

После получения ARP-ответа устройство-отправитель широковещательного ARP-запроса извлекает MAC-адрес из поля аппаратного адреса отправителя и обновляет свою ARP-таблицу. Теперь это устройство может надлежащим образом адресовать пакеты, используя как MAC-, так и IP-адрес. Полученная информация используется для инкапсуляции данных на втором и третьем уровнях перед их отправкой по сети. Когда данные достигают пункта назначения, на канальном уровне проводится проверка на соответствие адреса, отбрасывается канальный заголовок, который содержит MAC-адреса, и данные передаются на сетевой уровень. На сетевом уровне проверяется соответствие собственного IP-адреса и IP-адреса получателя, содержащегося в заголовке третьего уровня. На сетевом уровне отбрасывается IP-заголовок, и инкапсулированные данные передаются на следующий уровень модели OSI — транспортный (уровень 4). Подобный процесс повторяется до тех пор, пока оставшиеся, частично распакованные, данные не достигнут приложения (уровень 7), в котором будет прочитана пользовательская часть данных.

ARP кэш

На каждом хосте содержится ARP кэш (ARP cache). Записи в эше могут быть двух видов: статические и динамические. В современных сетевых ОС (Windows, Linux, BSD) можно просмотреть эти записи в консоли с помощью команды:

Очистка ARP кэша

Чтобы очистить ARP кэш в Windows нужно в командной строке набрать:

C:>netsh interface ip delete arpcache
Ok.

Еще одна команда для очистки ARP-кэша:

ARP-spoofing

ARP-spoofing (ARP-poisoning) — это вид сетевой атаки в Ethernet-сетях в котором используются особенности работы протокола ARP. Суть механизма данной атаки заключается в следующем: перехватив широковещательный ARP-запрос в домене широковещательных рассылок, отправителю высылается ложный ARP-ответ, в котором атакующая сторона выдает себя за получателя (например, за маршрутизатор), а затем начинает контролировать весь трафик предназначенный для настоящего объекта в сети.

Противодействовать атакам такого рода можно отслеживая работу ARP (с помощью arpwatch) или шифруя передаваемый трафик на сетевом уровне (IPSec) и другими способами.

ARP и IPv6

В IPv6 больше не используется ARP. На его замену пришел NDP (The Neighbor Discovery Protocol). Этот протокол описан в RFC 1122.

Читайте также: