Počítačové sítě jsou často založeny na technologii ethernet a používají protokol TCP/IP. Ve chvíli, kdy chtějí spolu dvě zařízení komunikovat, tak potřebují znát MAC adresu a IP adresu. Svoje údaje samozřejmě stanice zná (má je nastaveny). Cílová stanice se běžně adresuje pomocí doménového jména (DN - domain name či FQDN - full qualified domain name), které lze (a musíme) převést na IP adresu.

Princip komunikace mezi stanicemi v síti jsem pospal v článku TCP/IP a ethernet - cesta v síti, aktivní síťové prvky. Zde vidíme, že vždy potřebujeme MAC adresu buď cílové stanice nebo routeru/gatewaye na cestě (další hop). Takže potřebujeme najít MAC adresu nějaké stanice, u které známe její IP adresu.

Standardizovaný protokol, který hledá MAC adresu k zadané IP adrese, se jmenuje Address Resolution Protocol (ARP) a je definován v RFC 826. Jedná se o protokol, který běží na síťové vrstvě TCP/IP modelu (2. vrstva), tedy na stejné úrovni jako IP protokol.

Pozn.: Protokol ARP je sice primárně určen pro ethernet, ale pracuje i v dalších technologiích jako Token Ring, IEEE802.11, FDDI či ATM.

Princip funkce ARP

Pozn.: Jako zdrojovou stanici označuji ten stroj, který hledá MAC adresu podle IP adresy. Cílová stanice má nastavenu hledanou IP adresu.

• zdrojová stanice sestaví ARP žádost (request) a odešle ji jako broadcast
• všechny stanice na lokálním segmentu přijmou žádost, a pokud nemají tuto IP, tak ji ignorují
• cílová stanice sestaví ARP odpověď (response) a odešle ji jako unicast zdrojové stanici

Pozn.: Jako broadcastová adrese se používá ff:ff:ff:ff:ff:ff

Struktura ARP paketu

Formát žádosti i odpovědi je obdobný. Rozdíl je v typu u rámce, požadavek má v ethernetové hlavičce nastaven typ na 0x0806 a odpověď na 0x0835. Dále se liší vyplněné hodnoty, operation code je 1 pro žádost a 2 pro odpověď. V žádosti je cílová hardwarová adresa nastavena na nuly a v odpovědi je nastavena na správnou hodnotu.

Pozn.: V obecném případě je MAC adresa hardwarová adresa a IP adresa je protokol adresa. Já zde popisuji použití pro IP a MAC adresy, ale všude je možno zaměnit dle technologie.

ARP oznámení (announcement)

Speciálním typem ARP paketu je ARP oznámení (announcement), které neslouží ke zjištění něčí MAC adresy, ale oznámení mojí MAC adresy ostatním stanicím na síti. Paket je většinou podobný ARP dotazu, má vyplněny IP a MAC adresu odesílatele a jako IP adresu cíle má svoji IP. Používá se například, když se změní IP adresa stanice, rozesláním oznámení se aktualizuje ARP cache ostatních stanic.

ARP cache

Aby se při probíhající komunikaci nemusely stále posílat ARP dotazy, tak se na zařízeních používá ARP cache, kde se po určitou dobu (v řádu minut) uchovávají kombinace IP adresy a MAC adresy.

V operačním systému Windows nemáme nástroj pro vytvoření ARP dotazu, ale stačí použít například příkaz ping na patřičnou IP adresu. ARP se používá automaticky pokaždé, když je třeba zaslat rámec (data do sítě). Pro prohlížení ARP cache můžeme použít řádkový příkaz arp -a.

Inverse ARP

Opačným protokolem k ARP je Inverse Address Resolution Protocol (Inverse ARP nebo InARP), který k zadané MAC adrese hledá IP adresu. InARP se používal u Frame Relay a ATM sítí, dnes se s ním asi nesetkáme.

Reverse ARP

Protokol Reverse ARP (RARP), podobně jako InARP, slouží k nalezení IP adresy k MAC adrese. RARP ovšem hledá IP adresu pro sebe sama. Tato metoda se již dnes nepoužívá, protože byla nahrazena nejprve pomocí BOOTP (Bootstrap protocol) a dnes DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Pro RARP musely být na serveru manuálně nastaveny přiřazení MAC adresy a IP adresy, navíc to není protokol nad IP, ale samostatně na stejné úrovni. Je definován v RFC 903.