Протокол ARP и «с чем его едят» (дополнено)
Спасибо хабраюзеру hardex за публикацию первоначальной статьи, а также всем, кто плюсанул в карму для возможности моей собственноручной публикации. Теперь дополненная версия с учетом пожеланий и дополнений. Добро пожаловать под кат.
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):
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.
Сообщения ARP не имеют фиксированного формата заголовка и при передаче по сети инкапсулируются в поле данных канального уровня
Формат сообщения ARP.
А вот как происходит определение маршрута с участием протокола ARP.
Пусть отправитель A и получатель B имеют свои адреса с указанием маски подсети.
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: Нюансы работы оборудования Cisco и интересные случаи. Часть 1
Привет habr! Каждый будущий инженер в процессе изучения сетевых технологий знакомится с протоколом ARP (Address Resolution Protocol, далее ARP). Основная задача протокола – получить L2 адрес устройства при известном L3 адресе устройства. На заре профессиональной карьеры начинающий специалист, как мне кажется, редко сталкивается с ситуациями, когда нужно вспомнить про существование ARP. Создаётся впечатление, что ARP – это некоторый автономный сервис, не требующий никакого вмешательства в свою работу, и при появлении каких-либо проблем со связью многие по неопытности могут забыть проверить работу ARP.
Я помню свой порядок мыслей, когда я начинал работать сетевым инженером: «Так, интерфейс поднялся, ошибок по физике вроде как не видно. Маршрут, куда слать пакеты, я прописал. Списков доступа никаких нет. Так почему же не идёт трафик? Что маршрутизатору ещё не хватает?» Рано или поздно каждый сетевой инженер столкнётся с проблемой, причина которой будет лежать именно в особенностях работы/настройки ARP на сетевом оборудовании. Простейший пример: смена шлюза на границе сети (например, вместо сервера MS TMG устанавливаем маршрутизатор). При этом конфигурация маршрутизатора была проверена заранее в лабораторных условиях. А тут, при подключении к провайдеру никакая связь не работает. Возвращаем MS TMG — всё работает. Куда смотреть после проверки канального и физического уровня? Наиболее вероятный ответ – проверить работу ARP.
В данной заметке я не буду подробно описывать принципы работы ARP и протоколов этого семейства (RARP, InARP, UnARP и т.д.). На эту тему уже существует уйма статей в Интернете (например, здесь не плохо описаны разновидности ARP). Единственный теоретический момент, на котором я заострю чуть больше внимания, – механизм Gratuitous ARP (GARP).
Статья будет состоять из двух частей. В первой части будет немного теории и особенности работы ARP на маршрутизаторах Cisco, связанные с правилами NAT и с функцией Proxy ARP. Во второй части опишу отличия в работе ARP между маршрутизаторами Cisco и межсетевыми экранами Cisco ASA, а также поделюсь несколькими интересными случаями из практики, связанными с работой ARP.
Ниже представлен пример обмена ARP-запросом/ARP-ответом в программе-сниффере Wireshark:
ARP-запрос отправляется на широковещательный MAC-адрес ff:ff:ff:ff:ff:ff. В теле ARP-запроса поле с неизвестным значением Target MAC Address заполняется нулями.
ARP-ответ отправляется на MAC-адрес получателя, отправившего ARP-запрос. В поле Sender MAC Address указывается запрашиваемый MAC-адрес устройства.
Поле opcode в заголовке ARP может принимает значение 1 для ARP-запроса и значение 2 для ARP-ответа.
Чтобы два устройства могли начать передавать трафика между собой, в их ARP-таблицах должна существовать соответствующая запись о соседнем устройстве. Логично предположить, чтобы ARP-запись появилась в таблицах, для каждого устройства должна отработать процедура ARP-запрос/ARP-ответ. То есть перед передачей трафика в сети должны пройти по два ARP-запроса и два ARP-ответа (ARP-запрос/ARP-ответ для первого компьютера и ARP-запрос/ARP-ответ для второго компьютера). Однако, данное предположение верно не для всех случаев. Сетевое оборудование Cisco добавляет новую запись в ARP-таблицу сразу по приходу ARP-запроса от удалённого устройства.
Рассмотрим пример. В широковещательный домен добавляется новое устройство с адресом 198.18.0.200. Запустим пинг с нового устройства и посмотрим debug arp на маршрутизаторе Cisco:
Как видно, сразу по пришествии ARP-запроса от неизвестного IP-адреса (rcvd req src 198.18.0.200), маршрутизатор создаёт соответствующую запись в своей ARP-таблице (creating entry for IP address: 198.18.0.200, hw: 64e9.50c8.d6cd).
Для текущей статьи я не проводил подробного исследования по вопросу, какое именно сетевое оборудование добавляет ARP-запись по пришествии ARP-запроса. Однако, предполагаю, описанное поведение присуще не только сетевому оборудованию Cisco, но и сетевому оборудованию других производителей, так как данный механизм позволяет существенно сократить ARP-трафик в сети.
Описанное поведение присуще сетевому оборудованию. Конечное оборудование в большинстве случаев, получает запись в ARP-таблицу только после полноценной процедуры ARP-запрос/ARP-ответ. Для примера, я проверил процедуру на компьютере с операционной системой Windows 7. Ниже представлен дамп ARP-пакетов. В данном примере был очищен arp-cache на маршрутизаторе Cisco и на Windows-компьютере. После этого был запущен пинг от маршрутизатора к компьютеру.
Из представленного дапма видно, что сперва маршрутизатор отправляет ARP-запрос и получает ARP-ответ. Но ARP-запрос от маршрутизатора не приводит к появлению требуемой записи в ARP-таблице Windows-компьютера, поэтому, в свою очередь, компьютер отправляет ARP-запрос и получает ARP-ответ от маршрутизатора.
Механизм Gratuitous ARP используется для оповещения устройств в рамках широковещательного домена о появлении новой привязки IP-адреса и MAC-адреса. Когда сетевой интерфейс устройства получает настройки IP (вручную или по DHCP), устройство отправляет Gratuitous ARP сообщение, чтобы уведомить соседей о своём присутствии. Gratuitous ARP сообщение представляет собой особый вид ARP-ответа. Поле opcode принимает значение 2 (ARP-ответ). MAC-адрес получается как в заголовке Ethernet, так и в теле ARP-ответа является широковещательным (ff:ff:ff:ff:ff:ff). Поле Target IP Address в теле ARP-ответа совпадает с полем Sender IP Address.
Механизм Gratuitous ARP используется для многих целей. Например, с помощью Gratuitous ARP можно уведомить о смене MAC-адреса или обнаружить конфликты IP-адресов. Другой пример — использование протоколов резервирования первого перехода (First Hop Redundancy Protocols), например, HSRP у Cisco. Напомню, HSRP позволяет иметь виртуальный IP-адрес, разделённый между двумя или более сетевыми устройствами. В нормальном режиме работы обслуживание виртуального IP-адреса (ответы на ARP-запросы и т.д.) обеспечивает основное устройство. При отказе основного устройства обслуживание виртуального IP-адреса переходит ко второму устройству. Чтобы уведомить о смене MAC-адреса ответственного устройства, как раз отправляется Gratuitous ARP-сообщения.
В примере ниже представлено Gratuitous ARP сообщение при включении сетевого интерфейса маршрутизатора с настроенным IP-адресов 198.18.0.1.
Если на маршрутизаторе настроен secondary IP-адрес, при переходе интерфейса в состояние UP будут отправлены Gratuitous ARP уведомления для каждого IP-адреса интерфейса. В примере ниже представлены Gratuitous ARP сообщения, отправляемые при включении интерфейса маршрутизатора с основным IP-адресом 198.18.0.1 и secondary IP-адресом 198.18.2.1.
Безусловно, маршрутизатор будет отвечать на ARP-запросы как для основного, так и для secondary IP-адреса.
Логично предположить, что как только устройство получает Gratuitous ARP, сразу добавляется новая запись в ARP-таблицу. Однако это не так. Если в таблице устройства отсутствовала ARP-запись, связанная с IP-адресом из Gratuitous ARP сообщения, новая запись добавлена не будет. При необходимости отправить трафик будет сформирован ARP-запрос и получен ARP-ответ. Только после этой процедуры новая запись добавится в ARP-таблицу.
Пример на маршрутизаторе Cisco. Включим debug arp и подключим в широковещательный домен новое устройство с адресом 198.18.0.200. До подключения нового устройства ARP-таблица маршрутизатора выглядит следующим образом:
Включаем новое устройство с адресом 198.18.0.200. Получаем debug-сообщение о приходе Gratuitous ARP:
Новая запись не появилась. Делаем пинг до нового адреса:
Debug-сообщения показывают, что прошла процедура ARP-запрос/ARP-ответ. Проверяем ARP-таблицу:
Новая запись появилась.
ARP и NAT на маршрутизаторах Cisco
Примечание: для тестов использовался маршрутизатор C4321 с программным обеспечением 15.4(3)S3 и межсетевой экран Cisco ASA5505 c программным обеспечением 9.1(6)6.
Компьютер Wireshark с адресов 198.18.0.250 в нашем случае будет обозначать подключение к внешней сети (например, к Интернет-провайдеру). С помощью сниффера Wireshark будем просматривать обмен сообщениями ARP между маршрутизатором и компьютером.
Настройки интерфейсов маршрутизатора:
Добавим правило динамического NAT, чтобы транслировать адрес компьютера из LAN (192.168.20.5) во внутренний глобальный адрес 198.18.0.5 при обращении к компьютеру во вне (Wireshark). Добавим правило статического PAT для публикации TCP порта 3389 (RDP) компьютера из LAN под глобальным адресом 198.18.0.2.
Посмотрим ARP-таблицу на маршрутизаторе:
Видим, что в ARP-таблице присутствуют статические записи как для внешнего интерфейса маршрутизатора (198.18.0.1), так и для внутренних глобальных адресов из правил динамического и статического NAT.
Сделаем clear arp-cache на маршрутизаторе и посмотрим в Wireshark, какие Gratuitous ARP уведомления будут отправлены с внешнего интерфейса:
Как видно, маршрутизатор уведомил о готовности обслуживать адрес интерфейса, адрес из правила динамического NAT и адрес из правила статического NAT.
А теперь представим ситуацию, когда провайдер расширяет пул публичных адресов, выданных клиенту, за счёт другой подсети. Предположим, дополнительно к IP-подсети 198.18.0.0/24 на внешнем интерфейсе маршрутизатора мы получаем от провайдера новый пул 198.18.99.0/24 и хотим публиковать наши внутренние сервисы под новыми IP-адресами. Для наглядности приведу схему с провайдером:
Добавим правило статического PAT для публикации TCP порта 3389 (RDP) компьютера из LAN под новым глобальным адресом 198.18.99.2:
Если снова посмотреть ARP-таблицу маршрутизатора командой show arp, увидим, что статическая запись для IP-адреса 198.18.99.2 не добавилась.
Чтобы иметь возможность отправлять ARP-запросы в новую сеть 198.18.99.0/24 с компьютера Wireshark, расширим маску его сетевых настроек до 255.255.0.0 (/16). Напомню, для нашего примера компьютер Wireshark выступает в роли маршрутизатора Интернет-провайдера.
После ввода clear arp-cache сниффер по-прежнему показывает Gratuitous ARP только для трёх IP-адресов: 198.18.0.1, 198.18.0.2, 198.18.0.5. Для нового адреса 198.18.99.2 Gratuitous ARP не срабатывает. Попробуем открыть tcp-порт 3389 адреса 198.18.99.2 и одновременно посмотреть сниффер:
Неуспех. Проверим ARP-таблицу:
Настройка Proxy ARP на интерфейсе маршрутизатора:
Отключить Proxy ARP на всех интерфейсах маршрутизатора можно глобально:
Данная настройка имеет приоритет над настройками Proxy ARP, применёнными на интерфейсах.
Помимо команды ip proxy arp в настройках интерфейса существует команда ip local-proxy-arp. Данная команда работает только когда ip proxy arp включён на интерфейсе и позволяет маршрутизатору отвечать на ARP-запросы, даже если целевой IP-адрес находится в той же IP-подсети, откуда ARP-запрос поступил. Пример настройки:
Данная настройка может пригодится, если мы хотим, чтобы трафик в рамках одного широковещательного домена шёл через интерфейс нашего маршрутизатора. Данную задачу можно реализовать с использованием Protected port (PVLAN edge) настроек на L2-коммутаторе (switchport protected).
Включение Proxy ARP на внешнем интерфейсе маршрутизаторе позволит решить проблему с новым пулом адресов, выданных провайдером. Попробуем открыть tcp-порт 3389 адреса 198.18.99.2 после включения Proxy ARP на интерфейсе маршрутизатора и одновременно посмотреть сниффер:
Успех. Маршрутизатор отвечает на ARP-запрос и порт открывается. Таким образом, функциональность Proxy ARP также можно использовать при необходимости трансляции адресов в новый пул.
Безопасная Cisco
Всем привет!
Многие из вас видели и читали прекрасные материалы под общим названием «Сети для самых маленьких». Собственно, я не претендую на лавры, но решил написать нечто подобное в области безопасности сети на основе оборудования Cisco.
Первый материал будет посвящен BaseLine/L2 Security, т.е. тем механизмам, которые можно использовать при начальной конфигурации устройств а также на L2 коммутаторах под управлением IOS.
Всем, кому интересно, поехали!
Допустим, у нас brand-new [switch/router], для первой главы не принципиально. Мы подключаемся к нему с помощью консольного провода (более подробно описано Часть.1 Сети для самых маленьких). Т.к. мы не хотим, чтобы железка лежала у нас на столе или (если она уже в стойке) стоять и мерзнуть в серверной, сразу настроим на ней удаленное управление.
Remote control & credentials
Вроде бы все, если что забыл, прошу отписаться в комментарии, по крайней мере JDima, всегда делал стоящие комментарии.
Создаем обычный список доступа, который будет использоваться в VACL. Определим VLAN access map. Определим действие при совпадении трафика со списком. Применим к VLAN. 1 класс трафика будет останавливаться, весь другой пересылаться.
Интересная функция в IOS — MacSec.
Вот такой набор команд (к примеру на 2 устройствах):
Настроив на L2 устройствах, на портах через которые два коммутатора соединены между собой, получим симметрично зашифрованный канал (pmk на устройствах должен быть одинаковым).
Snooping table
Для того, чтобы обезопасить себя от атак на dhcp можно применять dhcp snooping table. Суть заключается в том, что коммутатор запоминает за каким портом у него легальный dhcp сервер, тем самым выполнить dhcp starvation attack (ну или кто-то просто принес из дома dlink) с портов доступа не получится. 
Включается режим отдельно на всю железку и vlans: 
Ограничить количество запросов dhcp можно командой ip dhcp snooping limit rate 20. И по необходимости посмотреть имеющиеся связи: 
Изначально в этом режиме по умолчанию все порты являются не доверенными.
DAI
На основе snooping table работает DAI – dynamic arp inspection, т.е. динамически сравнивает MAC-IP и тем самым предотвращает ARP poisoning: ip arp inspection vlan 456.
Это тип атаки при которой рассылаются ARP пакеты с измененными MAC адресами, после обновления ARP таблицы проводится MITM. 
Если же в инфраструктуре нет DHCP, то аналогичного функционала можно добиться с использованием arp access-list:
Также есть функционал для сравнения ARP Validation Checks.
IP Spoofing/Source Guard
Опять же на основе snooping table функционирует IP Spoofing/Source Guard.
Яркий пример атаки с подменой IP, когда злоумышленник генерирует различные пакеты с разными IP DESTINATION и одинаковым IP SOURCE. В итоге все Destination пытаются ответить Source и проводят его DDoS. 
Этот набор команд поможет защититься от атак типа IP Spoofing. 
STP
Как вы знаете основной задачей STP является устранение петель в топологии, в которой есть избыточные соединения. Но возможно реализовать такую схему, когда нарушитель станет root bridge и опять же реализует MITM: 
Для того, чтобы активировать защиту глобально на всех портах необходимо использовать команду spanning-tree portfast bpduguard default.
Далее переводим порт в режим portfast и получаем… Вместо тысячи слов: 
Отдельно на интерфейсе это делается командой: spanning-tree bpduguard enable.
В дополнение к вышеописанному существуют такие технологии как: Root Guard, EtherChannel Guard, Loop Guard, Port Blocking.
За сим все, спасибо, что дочитали до конца. Надеюсь, информация окажется полезной.
Семейка протокола ARP
Многие думают, что если протокол мелкий и незаметный, то про него не надо ничего знать. Нетрудно догадаться, что это не так, и именно детальное знание подобных низкоуровневых и “простых” технологий является тем, что отличает профессионала от гуглоиксперта или фанатика, верующего, что в его любимой ОС всё работает “само по себе и априори идеально”.
Чуть-чуть поговорим о протоколах семейства ARP – обычно они не изучаются, и лишь поверхностно проводится обзор протокола ARP, на уровне рамочного понимания функционала – ну, а мы посмотрим, какие ещё варианты бывают.
Семейка протоколов ARP
Как работает протокол ARP
Протокол Address Resolution Protocol (ARP) используется для простой задачи – выяснить по известному адресу сетевого уровня (IPv4) неизвестный адрес канального уровня (обычно это MAC-адрес 802.3, но возможны и другие варианты).
Данные ARP вкладываются в протокол канального уровня (что напрямую, что через SNAP-заголовок) и являются, если рассуждать по логике “уровень протокола определяется по глубине вложения”, уже не протоколом канального уровня, а вот по функционалу ARP остаётся протоколом канального уровня, т.к. работает в пределах домена широковещания. Это я к тому, что модель OSI надо знать не хорошо, а очень хорошо, и различать два варианта определения “на каком уровне работает данный протокол”.
Например протокол RIPv2 занимается передачей маршрутной информации. Данные этого протокола вкладываются внутрь UDP, и по “глубине вложения” RIP будет “внутри транспортного уровня”. Только вот решать задачу он будет сетевого уровня – маршрутизацию. А допустим его коллега OSPF будет для передачи своих данных использовать не UDP или какой-либо другой протокол транспортного уровня, а напрямую вкладывать свои данные в IP-датаграммы, имея свой личный код вложения. Но при этом заниматься опять-таки будет задачей сетевого уровня – маршрутизации.
Так что будьте внимательны в терминологии – и “протокол выполняет задачи уровня N модели OSI” – это одно, а “протокол технически реализуется как вложение уровня N модели OSI” – другое.
Задачи, стоящие перед протоколом, достаточно прозрачны. Как он будет настраиваться?
Базовые настройки и операции с ARP на Windows-системах
Почистить локальный кэш ARP или удалить отдельную запись
Добавить статическую ARP-запись
Детально посмотреть кэш
Будут видны все типы записей – и static, и dynamic, и invalid. Сам вывод будет разбит по критерию привязки записей к интерфейсам – в начале каждого раздела будет выводиться primary IP интерфейса, а потом его внутренний идентификатор (Вы можете посмотреть табличку интерфейсов и их ID командой netsh int ipv4 sh int).
Есть и более современный вариант отображения кэша:netsh interface ipv4 show nei. В этой команде вывод также разбит по интерфейсам (правда, пишутся их человеческие названия, а не primary IP), статические и системные записи будут называться Permanent, обычные – Reachable (если доступны), Unreacheable (если нет) и Stale (если запись устарела).
Базовые операции с ARP на оборудовании Cisco
Как добавить статическую запись
(config)#arp ip-адрес или “vrf имя-vrf” mac-адрес тип-вложения тип-интерфейса
Из интересного тут разве что тип вложения – можно указать, какой именно вариант вложения (из реально возможных сейчас – ARPA или SNAP) будет у записи. Параметр “Тип интерфейса” можно не указывать.
Настроить включение-выключение ARP и его тип
(config-if)#arp arpa или frame-relay или snap
Как понятно, обычно тип ARP будет ARPA и в модификации нуждаться тоже особо не будет. Внимание – типы не являются взаимоисключающими – т.е. можно сделать и arp arpa и arp snap, и это лишь покажет, что на данном интерфейсе надо обрабатывать и тот и тот варианты.
Настроить время нахождения записи в ARP-кэше
(config-if)#arp timeout секунды
Настройка идёт на интерфейсе, т.к. данный тайм-аут будет только у записей в ARP-кэше, сделанных через этот интерфейс.
Очистить кэш ARP
#clear arp-cache
#clear arp-cache ip-адрес
Все записи, привязанные к конкретному интерфейсу:
#clear arp-cache интерфейс
Настроить работу с incomplete ARP records
Данные настройки будут нужны, чтобы задать поведение системы в случае “Я точно знаю, что есть сосед с таким IP-адресом, но у меня нет его MAC-адреса”.
Вы можете задать общее число таких адресов, находящихся “в процессе поиска”, а также количество попыток
(config)#ip arp incomplete enable
(config)#ip arp incomplete entries число
(config)#ip arp incomplete retry число
Базовый тюнинг ARP – тайм-ауты и кэш
ARP и QoS
ARP и NLB
Чтобы ARP дружил с NLB, он должен обрабатывать ситуацию, когда придёт ARP-запрос с не-юникастового адреса. То есть, смотрите ситуацию. Допустим, есть NLB, который работает в мультикастовом режиме. Два хоста, соответственно, прикидываются одним IP-адресом, отвечая на ARP-запросы про этот адрес общим мультикастовым MAC’ом, и потом договариваясь друг меж другом, что делать с пришедшим трафиком. Вот чтобы эта схема работала, надо, чтобы когда этот “общий виртуальный узел”, который обладает виртуальным IP и мультикастовым MAC, решил узнать через ARP чей-то MAC, ему вообще ответили. Потому что есть тонкость – у мультикастового MAC есть характерный вид, по которому понятно, что он мультикастовый. А не-юникастовые source MAC в общем-то не являются нормальной ситуацией и нуждаются в особой обработке. Соответственно, для этого надо явно включить обработку ситуации “к нам пришёл ARP-запрос от товарища, у которого обратный MAC-адрес не-юникастовый”. Делается это путём установки параметра:
в единицу. Если она будет в нуле – в ряде ситуаций поимеете проблемы с NLB.
ARP и SNAP
По умолчанию, ARP вкладывается в 802.3 кадр простым, Ethernet II способом. Это можно поменять в случае, если необходима поддержка SNAP-механизма, который, как известно, нужен для мультиплексирования потоков данных на канальном уровне. Напомню, что по RFC 1042 данные IP и ARP всегда передаются поверх 802.x сетей используя связку LLC+SNAP, за исключением обычного Ethernet (802.3), где они вкладываются напрямую (см. RFC 894). Примечание: Если не известно, то надо задуматься об изучении базовых курсов по сетевым технологиям, потому что детальное рассмотрение “что такое SNAP, зачем, почему, когда, с кем” не входит в спектр задач по изучению ARP.
Для этой задачи есть ключ:
По умолчанию он в нуле, установив в единицу Вы получите ситуацию, что ARP-запросы будут вкладываться в SNAP (притом в LLC+SNAP, что увеличит суммарный размер кадра на 3+5=8 байт).
ARP и NUD
NUD – это Neighbor Unreachability Detection. По умолчанию включается на интерфейсах, которые смотрят в broadcast-среды, и выключается на других. Помогает узнать о том, что сосед (что обычный, что шлюз) перешёл в нефункциональное состояние до времени, пока его запись в ARP-кэше стала Stale. Механизм полезный, поэтому его рекомендуется включать в явном виде. Делается это командой:
netsh int ipv4 set int имя интерфейса nud=enabled
ARP и DAD
DAD – это Duplicate Address Detection. То самое, что не даёт взять себе адрес, который уже есть у кого-то. Проводится путём отправки Gratuious ARP, про который чуть ниже. Тюнингуется достаточно просто, двумя параметрами:
netsh int ipv4 set int имя интерфейса retransmittime=миллисекунды
netsh int ipv4 set int имя интерфейса dadtransmits=попытки По умолчанию retransmittime – т.е. время между попытками обнаружить соседа, который уже занял адрес – 1 секунда, количество попыток dadtransmits – 3. Можете сократить их, если уверены, что все соседи отвечают достаточно быстро, это уменьшит время инициализации интерфейса – система не будет ждать “вдруг кто проснётся и скажет, что адрес уже занят”.
ARP и WOL
Протокол RARP
Примечание: Если код вложения будет от RARP, а коды – 1 или 2 (т.е. как у обычного ARP), то RARP-сервер отдаст данный пакет на обработку ARP-стеку.
Вообще, RARP сейчас практически не используется, но если хотите почитать – есть RFC 903.
Примечание: А если хотите почитать, и чтобы накрыло – почитайте про Dynamic RARP, это RFC 1931.
Реализация RARP-сервера в Windows
Реализация RARP-сервера на оборудовании Cisco
Она есть. Конфигурируется в несколько этапов. По порядку:
Шаг первый: Добавляем запись для потенциального RARP-клиента (т.е. того, кто хочет получить IP-адрес). В глобальной конфигурации:
(config)#arp ip-адрес mac-адрес-клиента arpa
Шаг второй: Разрешаем на интерфейсе, в качестве параметра – тот адрес на интерфейсе, от которого отправляем RARP-ответы.
(config-if)#ip rarp-server ip-адрес
Протокол InARP (Inverse ARP)
InARP – специальная модификация ARP для не-broadcast сетей (например, Frame Relay или ATM). Суть проста – в сетях, где нет широковещания, обычный ARP работать не сможет, а задачи, которые им решаются, никуда не пропадают. Соответственно, нужна схема работы. Она будет достаточно интересна и проста. Узел, который поддерживает InARP, будет самостоятельно с указанной периодичностью отправлять в субинтерфейсы, поддерживающие InARP (например, в FR’овские), InARP-сообщения, в которых будет указано что-то вида “привет, я от узла с сетевым адресом таким-то”. Соответственно, принимающая сторона, получая такое сообщение из-под субинтерфейса с DLCI=abc, будет записывать у себя в таблицу – “За DLCI abc живёт товарищ с IP xyz“. В общем-то и всё.
Другие отличия будут состоять в использовании других кодов операций – 8 для запроса InARP, 9 для ответа. Ну и в механизме вложения – понятное дело, в Q.922 вкладываться – это не в 802.3
Протокол UnARP
Предлагался в RFC 1868. Суть проста – сам формат пакета ARP не менялся, добавлялся лишь новый тип сообщения – сообщение вида “Я ушёл из сети”. Т.е. задачей дополнения UNARP являлось то, что узлы, которые отключаются, могут послать сообщение “Стирайте меня все из ARP-кэшей”, чтобы остальные не ждали время окончания кэширования записей. К сожалению, не поддерживается (основная причина – небезопасен, т.к. такое сообщение легко подделать).
Протокол SLARP (Serial Line ARP)
Специальный субпротокол, работающий внутри цисковского варианта HDLC (который обычно cHDLC). Используемый код вложения – 0x8035. Протокол простой, но интересный тем, что может делать две штуки – проверять состояние канала, периодически передавая кадры, и назначать IPv4-адреса в случае, если с одной стороны serial link адрес IPv4 есть, а с другой – нет. Адрес назначается по логике “Если у меня последний бит адреса 1, предложить такой же, но с нулём, и наоборот”. Маска предлагается такая же, как у себя.
Протокол DirectedARP
Протокол описан в RFC 1433. Сейчас как отдельный протокол не используется, хотя многие мысли, высказанные в этом RFC, достаточно дельные и повлияли, например, на формирование современного IPv6.
Безопасность ARP
ip arp entry learn количество
Есть, в общем-то, множество доп.механизмов безопасности ARP – тот же DAI или ARP ACL, про которые, возможно, я тоже допишу сюда.
Механизм Proxy ARP
Суть механизма Proxy ARP, детально обозначенного в RFC 1027, проста – дать возможность узлу, который в силу каких-то причин (например, у него не указан шлюз по умолчанию) не может понять, куда маршрутизировать трафик для других сетей, всё же сделать это. Притом сделать просто – используя то, что в сегменте с этим узлом присутствует добрый узел, на котором включен Proxy ARP, и который, увидев что узел пытается через ARP-запрос найти получателя трафика, “прикинется” этим получателем и ответит на запрос.
Т.е. вот есть маршрутизатор, на котором включен Proxy ARP. Он получает ARP-запрос на разрешение адреса узла, который находится в другом сегменте относительно спрашивающего и помогает – просто отвечает ему от имени этого узла. Соответственно, этот роутер и будет передавать трафик между данными узлами, а отправитель будет думать, что отправляет трафик напрямую.
Данный механизм включен “по умолчанию” на большинстве систем и нуждается в отключении – т.е. описанная ситуация, в общем-то, по производственной необходимости возникает довольно-таки редко.
Пример: Например, у хоста A адрес 10.1.1.1/24, а у хоста B – 10.1.1.2/16. Технологически они в разных сетях, и между ними даже есть роутер – у него в сторону хоста A смотрит интерфейс 10.1.1.254/24, в сторону хоста B – 10.1.255.254/16. Но вот проблема в том, что хост A не понимает, что хост B – в другой сети, а думает, что B – его сосед. И пытается найти его, отправляя ARP-запрос. Вот в этом случае если роутер будет поддерживать Proxy ARP, то всё будет хорошо – связь между A и B будет.
Как включить Proxy ARP на оборудовании Cisco
Зайдите на нужный интерфейс и введите там команду:
(config-if)#ip proxy-arp
Выключить глобально – (config)#ip arp proxy disable.
Как включить Proxy ARP в Windows
В случае, когда у Вас используется RRaS, proxy ARP работает автоматически.
Что такое и как работает Gratuitous ARP
Это страшное слово переводится как “самопроизвольный” ARP. Суть события в следующем. Любой узел, который инициирует новый интерфейс, на котором есть поддержка ARP, должен при завершении процесса конфигурирования IP-адреса (статически ли, по DHCP, через APIPA’у – без разницы) уведомить соседей о том, что он появился. Делается это при помощи отправки одиночного ARP Reply, в котором указывается, что логично, связка “мой MAC – мой новый IP”. Т.е. выглядит этот ARP-ответ несколько странно с точки зрения классической схемы работы ARP – узел рассылает на броадкастовый MAC и свой IP информацию о своём настоящем MAC и своём же IP. Т.е. совпадают SRC IP и DST IP.
Примечание: По сути, этот механизм – это “форсированное” обновление ARP-кэша соседей новой информацией – “теперь я по этому MAC-адресу”. Заодно, именно благодаря этому механизму, происходит обнаружение дублирующихся IP-адресов – тот, кто пытается присвоить себе IP-адрес, рассылая это уведомление “засветится”.
Но, в общем-то, мы и договорились, что это – исключительная и разовая ситуация. Казалось бы, в чём проблема-то?
Проблема в том, что когда такое происходит на сервере удалённого доступа, к которому подключено несколько клиентов (более 1, по сути), то этот сервер при подключении каждого своего клиента получает от него данный стартовый запрос ARP и ретранслирует запрос далее, выступая, по сути, прокси. В результате, допустим, порт коммутатора, в который включен этот сервер, впадает в тягостные размышления о здоровье сервера, который постоянно сообщает всей сети о том, что за его MAC-адресом интерфейса (того, который воткнут в коммутатор) очень много IP-адресов, и все они разные. И каждый раз, когда клиент будет подключаться (например, VPN-канал переподключит, или другим способом вызовет переход через NCP-фазу PPP), такой ARP-ответ будет создаваться и отправляться серверу, а тот будет отдавать его дальше – чтобы уведомить сеть, что трафик на такой-то IP-адрес надо отправлять на его, сервера, MAC, а дальше он уж сам разберется.
Соответственно, в ряде ситуаций (например, много клиентов, краткие сессии) такой механизм надо отключать. Зачастую проще привязать статически целую пачку ARP-соответствий (например, когда на сервере удалённого доступа выделен пул в 20 адресов, и абоненты подключаются, делают какую-то краткую операцию и отключаются), чем постоянно форвардить в сеть эти ARP Reply.
Примечание: На самом деле, делать это надо с умом, как и всё остальное. Есть ситуации, когда gratuitous ARP является штатным и нужным. Например, у Вас сделан HSRP-балансировщик. Активный узел упал – второй становится активным. И в этот момент он тоже “просто так, внезапно” отправит gratuitous ARP – чтобы сразу уведомить всю сеть, что теперь у виртуального IP новый MAC, а не ждать, пока у всех узлов кончится тайм-аут кэша.
Как настроить Gratuitous ARP на оборудовании Cisco
router(config)#ip gratuitous-arps
Если добавить в конце команды слово non-local, то будет обрабатываться вышеописанная ситуация с PPP.
Отключить приём всех gratuitous ARP’ов:
router(config)#ip arp gratuitous none
Включить приём только gratuitous ARP’ов, source которых из connected-сетей:
router(config)#ip arp gratuitous local
Как настроить Gratuitous ARP на Windows Server
Для указанного сценария с RRaS – никак. Ваш RRaS-сервер не будет передавать стартовый ARP-запрос, полученый от PPP-клиента, в другие сети, поэтому ситуация, описанная выше, просто не возникнет.
Управлять же Gratuitous ARP со стороны узла вполне можно. Для этого есть ключ реестра:
HKLM\System\CurrentControlSet\Services\TcpIp\Parameters
а в нём – параметр ArpRetryCount типа DWORD32. Если поставить этот параметр в нуль, то механизм будет выключен. По умолчанию Windows-хосты делают Gratuitous ARP три раза – сразу после инициализации адреса, потом через 1/2 секунды, потом через ещё 1/10 секунды. Можете поставить единицу, если уверены в качестве работы сети и её не-критичной загруженности на момент выхода ARP Reply – “сэкономите трафик”.
Примечание: Считаются фактически отправленные ARP, а не попытки. Т.е. если среда была недоступна, то все равно отправят три, просто чуть позже.
Примечание: Если поставить нуль, то вдобавок отвалится функция обнаружения конфликтов DHCP, но это будет в другой истории.
Cisco ARP Optimization Feature – что это?
Это достаточно полезное архитектурное изменение, появившееся в релизах IOS 12.0 – 12.2 и закрепившееся в более поздних. Идея проста. Устройство хранит информацию о связках IP-MAC-интерфейс в отдельной таблице. Эта таблица организована для быстрого поиска информации по известному IP-адресу. Соответственно, этот механизм эффективен, когда надо обработать единичный пакет. В ситуации же, когда интерфейс попеременно переходит из состояния включения в выключенное и наоборот (interface flapping), надо сразу же обработать в этой таблице все ARP-записи, относящиеся ко всем IP и MAC, находящимся за данным интерфейсом. Вот фича Cisco ARP Optimization как раз умеет делать эту операцию – например, очистить все записи за соответствующий интерфейс. Выигрыш – резко сниженная загрузка CPU, которому надо обработать событие “падение интерфейса”.
Как настроить Cisco ARP Optimization Feature
Никак – это просто другая структура хранения данных ARP в оперативной памяти, используемая в современных версиях IOS.
Заключение
Если я вспомню ещё что-то, или меня наведут на мысль, то обязательно напишу сюда в качестве дополнения к статье.
