Сопоставление адресов IPv4 и МАС-адресов
Чтобы кадр можно было поместить в среду передачи данных локальной сети, ему необходим MAC-адрес назначения. Когда пакет отправляется к канальному уровню для инкапсуляции в кадре, узел обращается к таблице в его памяти, чтобы найти адрес канального уровня, который сопоставлен с IPv4-адресом назначения. Эта таблица называется таблицей ARP или кэшем ARP. Таблица ARP хранится в оперативной памяти устройства.
Каждая запись или строка в таблице ARP связывает IP-адрес с MAC-адресом. Мы называем отношения между двумя значениями сопоставлением — это означает, что IP-адрес можно найти в таблице и с его помощью определить соответствующий MAC-адрес. Таблица ARP временно сохраняет (кэширует) сопоставление устройств в локальной сети.
Чтобы начать процесс, узел передачи пытается определить MAC-адрес, сопоставленный с IPv4-адресом назначения. Если это сопоставление в таблице будет найдено, узел использует MAC-адрес в качестве MAC-адреса назначения в кадре, который инкапсулирует пакет IPv4. Затем кадр кодируется в сетевой среде передачи данных.
Сохранение таблицы ARP
Таблица ARP сохраняется динамически. Существуют два способа, с помощью которых устройство может собирать MAC-адреса. Первый способ — мониторинг трафика, который появляется в сегменте локальной сети. Когда узел получает кадры из среды передачи данных, он может зарегистрировать IP- и MAC-адреса источника в виде сопоставления в таблице ARP. По мере передачи кадров по сети устройство заполняет таблицу ARP, добавляя пары адресов.
Второй способ получения пары адресов для устройства — отправка запроса ARP, как показано на рисунке. Запрос ARP представляет собой широковещательную рассылку уровня 2 на все устройства в локальной сети Ethernet. Запрос ARP содержит IP-адрес узла назначения и MAC-адрес широковещательной рассылки, FFFF.FFFF.FFFF. Поскольку это широковещательная рассылка, все узлы в локальной сети Ethernet получат её и обработают содержимое. Ответ поступит от того узла, у которого IP-адрес совпадает с IP-адресом в запросе ARP. Ответ будет представлен в виде кадра одноадресной рассылки, который содержит MAC-адрес, соответствующий IP-адресу в запросе. Затем этот ответ будет использован для добавления новой записи в таблицу ARP отправляющего узла.
К записям в таблице ARP добавляются временные метки — для этого используется практически такая же процедура, что и при добавлении временных меток для записей таблиц MAC-адресов в коммутаторах. Если к моменту истечения действия временной отметки устройство не получит кадр от какого-либо определённого устройства, запись для этого устройства будет удалена из таблицы ARP.
Кроме того, в таблицу ARP можно добавлять статические записи сопоставления, но это выполняется не часто. Срок действия статических записей в таблице ARP не истекает со временем, поэтому их необходимо удалять вручную.