Кроме перечисленных сообщений определены и другие. Их полный список хранится в интернете по адресу www.iana.org/assignments/icmp-parameters.

ARP — протокол разрешения адресов

Хотя у каждого устройства в интернете есть один или несколько IP-адресов, их недостаточно для отправки пакетов. Сетевые карты канального уровня, например Ethernet-карты, не понимают интернет-адресов. Каждая когда-либо выпущенная сетевая карта Ethernet имеет 48-разрядный Ethernet-адрес. Производители карт запрашивают у IEEE блок Ethernet-адресов, что гарантирует их уникальность (это позволяет избежать конфликтов при наличии одинаковых сетевых карт в одной LAN). Сетевые карты отправляют и принимают фреймы, основываясь на 48-разрядных Ethernet-адресах. О 32-разрядных IP-адресах им ничего не известно.

Таким образом, возникает вопрос: как устанавливается соответствие IP-адресов и адресов уровня передачи данных (например, Ethernet-адресов)? Чтобы понять, как это работает, рассмотрим пример на илл. 5.62. Здесь изображен небольшой университет с двумя сетями /24. На рисунке мы видим две коммутируемые сети Ethernet: одна сеть (CS) на факультете кибернетики, с префиксом 192.31.65.0/24, а другая (EE) — на электротехническом факультете, с префиксом 192.31.63.0/24. Они соединены IP-маршрутизатором. У каждого компьютера сети и у каждого интерфейса на маршрутизаторе есть уникальный Ethernet-адрес (на рисунке — от E1 до E6) и уникальный IP-адрес в сети CS или EE.

Рассмотрим, как пользователь хоста 1 передает пакет пользователю хоста 2 в сети CS. Допустим, отправителю известно имя получателя, eagle.cs.uni.edu. Сначала надо найти IP-адрес для хоста 2. Этот поиск осуществляется службой системы имен доменов DNS (Domain Name System), которую мы рассмотрим в главе 7. На данный момент мы просто предположим, что служба DNS возвращает IP-адрес для хоста 2 (192.32.65.5).

Илл. 5.62. Две коммутируемые LAN Ethernet, соединенные маршрутизатором

Теперь программное обеспечение верхнего уровня хоста 1 создает пакет со значением 192.31.65.5 в поле Destination address и передает его IP-программе для пересылки. Программное обеспечение IP может посмотреть на адрес и увидеть, что адресат находится в сети CS (то есть в его собственной сети), но ему нужно как-то определить Ethernet-адрес получателя. Одно из решений состоит в том, чтобы хранить в системе конфигурационный файл, в котором были бы перечислены соответствия всех локальных IP-адресов Ethernet-адресам. Такое решение, конечно, возможно, но в организациях с тысячами компьютеров обновление этих файлов потребует много времени и подвержено ошибкам.

Более удачное решение заключается в рассылке хостом 1 по сети Ethernet широковещательного пакета с вопросом: «Кому принадлежит IP-адрес 192.32.65.5?» Этот пакет будет получен всеми компьютерами сети CS Ethernet, и каждый из них проверит его IP-адрес. Только хост 2 ответит на вопрос своим Ethernet-адресом E2. Таким образом, хост 1 узнает, что IP-адрес 192.32.65.5 принадлежит хосту с Ethernet-адресом E2. Протокол, который задает подобный вопрос и получает ответ на него, называется протоколом разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) и описан в RFC 826. Он работает почти на всех устройствах интернета.

Преимущество ARP над файлами конфигурации заключается в его простоте. Системный администратор должен всего лишь назначить каждому компьютеру IP-адрес и решить вопрос с маской подсети. Все остальное сделает ARP.

Затем программное обеспечение протокола IP хоста 1 создает Ethernet-фрейм для E2, помещает в его поле Payload IP-пакет, адресованный 192.32.65.5, и передает его по сети Ethernet. IP- и Ethernet-адреса этого пакета приведены на илл. 5.62. Сетевая карта Ethernet хоста 2 обнаруживает фрейм, замечает, что он адресован ей, считывает его и вызывает прерывание. Ethernet-драйвер извлекает IP-пакет из поля Payload и передает его IP-программе. Эта программа видит, что пакет адресован правильно, и обрабатывает его.

Существует несколько методов повышения эффективности ARP. Во-первых, компьютер, на котором он работает, может запоминать результат преобразования адреса на случай, если ему придется снова связываться с тем же устройством. В следующий раз он найдет нужный адрес в своем кэше, сэкономив на рассылке широковещательного пакета. Скорее всего, хосту 2 понадобится ответить на пакет, что также потребует от него обращения к ARP для определения адреса отправителя. Этого обращения можно избежать, если отправитель включит в ARP-пакет свои IP- и Ethernet-адреса. Когда широковещательный ARP-пакет прибудет на хост 2, пара (192.32.65.7, E1) будет сохранена хостом 2 в ARP-кэше для будущего использования. Более того, эту пару адресов могут сохранить у себя все устройства сети Ethernet.

Чтобы разрешить изменение соответствий адресов, например, если хост использует новый IP-адрес (но Ethernet-адрес остается прежним), записи в ARP-кэше должны устаревать за несколько минут. Существует хороший способ поддержания актуальности информации об адресах в кэше, улучшая производительность. Идея в том, что каждое устройство может рассылать свою пару адресов во время настройки. Обычно эта широковещательная рассылка производится в виде ARP-пакета, запрашивающего свой собственный IP-адрес. Ответа на такой запрос быть не должно, но все устройства могут запомнить эту пару адресов. Это называется добровольным ARP-сообщением (gratuitous ARP). Если ответ все же (неожиданно) придет, это будет означать, что двум компьютерам назначен один и тот же IP-адрес. Они не смогут пользоваться сетью, пока проблема не будет решена системным администратором.