Tiểu luận môn học internet & giao thức Đề tài tìm hiểu giao thức arp

Tôi đã hoàn thành với nội dung gồm 4 chương: - _ Chương I: Giới thiệu chung về giao thức ARP - Chương 2: Định dạng thông điệp của giao thức và phân tích ý nghĩa của các trường tin ARP -

BO THONG TIN VA TRUYEN THONG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TP.HCM

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

INTERNET & GIAO THUC

DE TAI:

TIM HIEU GIAO THUC ARP

Sinh viên: Mạch Thế Phong

MUC LUC

LOE MG DAU .viesseccsssesssssssssnseesssssnseeeccssnnensecsnsnnssecsssnnnscessnnesecsnnnmsescsssnneescssnmesecsnunneeessevessessees 4

1 Giới thiéu chung vé giao thite ARP oi.cecececcccccceccescsesessessesesstescsssssseseseseesesetevsusesetevsesetevevsneees 5

1.1 Đặt vấn đề ch HH nh ưng 5

1.2 Giới thiệu chung về giao thức ARP 1 T1 E1 E11 2H 1212111 ryg 5

2 Định dạng thông điệp của giao thức và phân tích ý nghĩa của các trường tin AREP 7 2.1 Định dạng thông điệp của giao thứỨc c2 121112211221 1211 15115 11118112011 1111 kệ 7 2.2 Phân tích ý nghĩa của các trường fIT c2 2121112111121 2 1111811121110 1181112211115 1 211kg 7

3 Phương thức hoạt động của giao thức ARP Q2 1212 112112 1151111 ke nhe key 8

3.2 Hoạt động của ARP trong môi trường liên mạng - 2 22212121112 11122 115211 yky 10

4 Kết luận về giao thức ARP cv 2 1n t2 n HH1 1 n1 n1 n1 na 11 4.1 Uu diém ctta giao thite ARP ceccccccsccscsscssessessesessesecsessesecsessesecsevevsevevsevecevsvsevevevavsnstevsesees H 1à 7n 11

TAI LIEU THAM KHAO ioe cccssecessessosessssssisisvsesvussssissessssssisstssinessisssiusissssstsssieseseesaesseseeeseee 12

DANH MỤC CHỮ VIÊT TẮT VÀ THUẬT NGỮ

LAN Local Area Network (mạng cục bộ)

MAC Media Access Control/Message Authentication Code

RARP Reverse Address Resolution Protocol

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

LOI MO DAU Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghệ số, các mạng máy tính và hệ thông truyền thông đang phát triển nhanh chóng, thay thế đần các phương thức truyền thông Đề đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hiệu suất và bảo mật trong các mạng máy tính, nhiều giao thức quan trọng đã được nghiên cứu và phát triển Một trong những giao thức cốt lõi trong quá trình truyền thông mạng là giao thức ARP (Address Resolution Protocol) Giao thire nay dong vai trò quan trọng trong việc anh xa dia chi IP sang dia chi MAC, giúp các thiết bị trong mạng có thể giao tiếp chính xác và hiệu quả

ARP la mét phan không thê thiếu trong hoạt động của các mạng dựa trên giao thức IP, đảm bảo rằng các gói tin được truyền đi đúng đích Chính vì lý do đó, tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu giao thức ARP” với mục tiêu làm sáng tỏ nguyên lý hoạt động, tầm quan trọng của giao thức ARP Tôi đã hoàn thành với nội dung gồm 4 chương:

- _ Chương I: Giới thiệu chung về giao thức ARP

- Chương 2: Định dạng thông điệp của giao thức và phân tích ý nghĩa của các trường tin ARP

- - Chương 3: Phương thức hoạt động của giao thức ARP

- _ Chương 4: Kết luận về giao thức ARP

Thông qua nỗ lực tự học và tìm hiểu, tôi hy vọng tiêu luận này sẽ đóng góp một phần nhỏ vào việc hiệu biết và áp dụng các kỹ thuật điều chế số trong thực tế

TP Hồ Chí Minh, ngày 24/10/2024

Sinh viên: Mạch Thế Phong

1 Gidi thiéu chung về giao thirc ARP 1.1 Dat van dé:

Trong một hệ thông mạng máy tính, có 2 địa chỉ được gán cho máy tính là:

Địa chí logic: là địa chỉ của các giao thức mạng như IP, IPX, Loại địa chỉ này chỉ mang tính

chất tương đói, có thê thay đối theo sự cần thiết của người dùng Các địa chỉ này thường được phân

thành 2 phân riêng biệt là phan dia chi mang va phan địa chỉ máy Cách đánh địa chỉ như vậy nhằm

giúp cho việc tìm ra các đường kết nối từ hệ thông mạng này sang hệ thông mạng khác dễ dàng hơn Dia chi vật lý: hay còn goi la dia chi MAC - Medium Access Control address la dia chi 48 bit,

dùng đề định danh duy nhất do nhà cung cấp gán cho mỗi thiết bị Đây là loại địa chi phang, khéng

phân lớp, nên rất khó dùng đề định tuyến

Trên thực tế, các card mạng (NIC) chỉ có thể kết nỗi với nhau theo địa chỉ MAC, địa chỉ cổ định

và duy nhất của phần cứng

Do vậy phải có một cơ chế đề ánh xạ địa chỉ logic - lớp 3 sang địa chỉ vật lý - lớp 2 đề các thiết

bị có thê giao tiếp với nhau

Từ đó, ta có giao thức phân giải dia chi ARP - Address Resolution Protocol giải quyết vấn đề trên 1.2 Khái niệm giao thức ARP

ARP là bản viết tắt của “Giao thức phân giải địa chỉ” Đây là mạng giao thức được sử dụng đề

xác định MAC dia chỉ (phần cứng địa chỉ) từ bất kỳ IP địa chi nao

Nói cách khác, ARP được sử dụng để ánh xa địa chi IP thành địa chỉ MAC Khi một thiết bị

muốn giao tiếp với một thiết bị khác trong mạng LAN (mạng cục bộ), giao thức ARP sẽ được sử dụng Giao thức này được sử dụng khi một thiết bị muốn giao tiếp với một thiết bị khác qua mạng cục bộ hoặc Ethernet

ARP là mạng lớp giao thức Đây là giao thức rất quan trọng trong bộ giao thức TCP/IP Mặc dù

đã được phát triển vào đầu những năm 80, nhưng nó đã được định nghĩa trong RFC 826 vào năm 1982 ARP đã được phát triển với các công nghệ quan trọng như IPv4, X.25, ame Relay và ATM

ARP giao thức tìm địa chỉ MAC dựa trên địa chỉ IP Địa chỉ IP được sử dụng dé giao tiếp voi bat

kỳ thiết bị nào ở lớp ứng dụng Nhưng đề giao tiếp với một thiết bị ở lớp liên kết dữ liệu hoặc đề gửi đữ

liệu đến thiết bị đó, cần có địa chỉ MAC.

Khi dữ liệu được gửi đến một bộ máy chủ, đữ liệu sẽ chuyển giữa các mạng thông tin qua dia chỉ IP Nhưng đề đến được máy chủ trong mạng LAN thì cần có địa chỉ MAC của máy chủ đó Trong vấn đề này, giải pháp phân tích địa chỉ giao thức đóng vai trò quan trọng

1.3 Các dạng chính của giao thirc ARP:

ARP được phân thành 4 loại chính:

s* Proxy ARP

s* Gratuitous ARP

s* Reverse ARP

“* Inverse ARP

Proxiy ARP

=

ssi a i —

Ss

es

FC

thức ARP Proxy ARP: Nhằm hỗ trợ các thiết bị trong mạng con khác nhau giao tiếp với nhau thông qua một router Router sẽ đóng vai trò là proxy, tức là đại điện cho các thiết bị khác trong việc trả lời yêu cầu ARP

Gratuitous ARP: La loai ARP ding đề thông báo cho các thiết bi trong mạng biết về sự thay

đôi địa chỉ IP hoặc MAC của một thiết bị nào đó Thiết bị sẽ gửi một yêu cầu ARP cho chính nó, và nếu

có thiết bị nào có cùng dia chi IP hoac MAC, no sẽ phan hồi lại

Reverse ARP: Dùng để tìm ra địa chỉ IP của thiết bị từ địa chỉ MAC Nó được sử dụng khi một

thiết bị chưa được cấp địa chỉ IP từ DHCP hoặc BOOTP, và muốn biết địa chỉ IP của chính nó

mạng không dây hoặc Frame Relay Nó được sử dụng khi một thiết bị muốn biết địa chỉ IP của các thiết

bị khác mà nó đã kết nồi

1.4 Phạm vi hoạt động:

Giao thức phân giải địa chỉ là giao thức yêu cầu-phản hồi Các thông điệp của nó được đóng gói trực tiếp bởi giao thức lớp liên kết Nó được truyền đạt trong ranh giới của một mạng con duy nhất và không bao giờ được định tuyến

2 Định dạng thông điệp của giao thức và phân tích ý nghĩa của các trường tin ARP 2,1 Định đạng thông điệp của giao thức:

ARP kích thước bản đồ là 28 byte, được đóng gói trong khung Ethernet II nên trong mô hình OSI, ARP được coi là giao thức lớp 3 cấp thấp

ARP cau hinh được mô tả như sau:

Ethernet Frame Format (ARP Packet)

^————Ftlhernet lÏ header————>

sire ase oe ees ARP Request or ARP Reply Padding} CRC

length (1 byte) | length (1 byte) Operaton code (2 bytes)

Source hardware address(6 bytes)*

Source protocol address(4 bytes)*

Target hardware address(6 bytes)*

Hinh 2.1: Cau trúc gói tin ARP

2.2 Phân tích ý nghĩa của các trường tin:

Dựa vào cấu trúc gói tin ARP như hình 2.1 ta phân tích:

Hardware type (Kiểu phần cứng): Đây là một trường 16 bit xác dinh loai mang ma ARP dang chạy Mỗi mạng LAN được gan một số nguyên dựa trên kiêu của nó Ví dụ, Ethernet được gán là loại

1 ARP có thê được sử dụng trên bất kỳ mạng vật lý nào

Protocol type (Loại giao thức): Đây là một trường l6 bịt định nghĩa giao thức Ví dụ, gia tn của trường nảy trong giao thức IPv4 là 080016 ARP có thê được sử dụng với các giao thức cấp cao hơn

Hardware length (Độ dài phần cứng): Đây là một trường 8 bít xác định độ dài của địa chỉ vật

ly sử dụng đơn vi byte Vi du, Ethernet sử dụng giá trị là 6

Protocol length (Độ dài giao thức): Đây là một trường 8 bít xác định chiều dài của địa chi logic trong byte Ví dụ, giá trị là 4 đối với giao thức IPv4

Operation (Hoạt động): Đây là một trường 16 bit xác địh loại gói tin Hai loại gói trn được định nghĩa: ARP request 1 (yêu cầu), ARP reply 2 (đáp ứng)

Sender hardware address (Địa chỉ phần cứng bên gửi): Đây là một trường có chiều dài thay đổi xác định địa chỉ vật ly của bên gửi Ví dụ, đối với Ethernet trường này đài 6 byte

Sender protocol address (Địa chỉ giao thức bên gửi): Đây là một trường có chiều dài thay đôi xác định địa chỉ logic của bên gửi (ví dụ, IP) Đối với giao thức IP, trường này đài 4 byte

Target hardware address (Địa chỉ phần cứng đích): Đây là một trường có chiều đài thay đôi xác định địa chỉ vật lý đích Ví dụ, đối với Ethernet trường này dài 6 byte Đối với một thông điệp ARP request, trường này là tất cả số 0 vì bên gửi không biết địa chỉ vật lý của phía đích

Target protocol address (Địa chỉ giao thức đích): Đây là một trường chiều đài thay đổi xác định địa chỉ hợp lý logic của máy đích (ví dụ, IP) Đối với giao thức IPv4, trường này dài 4 byte

3 Phương thức hoạt động của giao thức ARP 3.1 Hoạt động của ARP trong mạng LAN:

Trong quá trình truyền thông tin giữa hai thiết bị trong mạng, một thiết bị sẽ gửi một ARP request

message tdi thiét bi con lai yêu cầu địa chỉ MAC của nó Thiết bị nhận được yêu cầu sẽ trả lời với một

ARP reply message chứa địa chỉ MAC của mình Sau khi có được địa chỉ MAC, thiết bị gửi thông tin

Trong mạng may tinh, ARP co vai trò quan trọng trong việc giúp các thiết bị giao tiếp với nhau để đàng

và nhanh chóng Các giao thức khác trong mô hình TCP/IP như TCP và UDP cũng phụ thuộc vào ARP

đề thực hiện truyền thông tin giữa các thiết bị

Do đó, nếu ARP không hoạt động đúng cách hoặc không tổn tại trong mạng, việc truyền thông tin giữa

các thiết bị sẽ bị gián đoạn hoặc chậm chạp, ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ mạng

ARP request ]

Looking for physical

address of node

with IP is:

= ] = = = =

IP: 192 168.1.2 IP: 192.168.13 IP: 192.168.14 IP: 192.168.15 IP: 192 168.16 MAC: AAA MAC: BBB MAC: CCC MAC: DDD MAC: EEE

ARP reply:

Physical address of 192.168.1.4

is DDD

ma

CS mỊ 5i mỊ ĐI

IP: 192.168.1.2 IP: 192.168.1.3 IP: 192.168.14 IP: 192.168.1.5 IP: 192.168.16 MAC: AAA MAC: BBB MAC: CCC MAC: DDD MAC: EEE

Hình 3.1 Mô phỏng hoạt động của ARP trong mạng LAN

Bước 1: Máy gửi kiểm tra cache của mình Nếu đã có thông tin về sự ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ

MAC thì chuyên sang Bước 7

Bước 2: Máy gửi khởi tạo gói tin ARP request với địa chỉ SHA và SPA là địa chỉ của nó, va dia chỉ

TPA la dia chi IP cha may can biét MAC (Truong THA đề giá trị toàn 0 đề biêu hiện là chưa tìm được

dia chi MAC)

Bước 3: Gửi quảng bá gói tin ARP trên toàn mạng (Địa chỉ MAC đích của goi tin Ethernet IT 1a dia chi MAC quang ba fifi fifi fff)

Bước 4: Các thiết bị trong mạng đều nhận được gói tin ARP request Gói tin được xử lý bằng cách các

thiết bị đều nhìn vào trường địa chỉ Target Protocol Address

s* Các thiết bị không trùng dia chi TPA thì hủy gói tin

s* Thiết bị với IP trùng với IP trong trường Target Protocol Address sẽ bắt đầu quá trình khởi tạo gói tin ARP Reply bằng cách lấy các trường Sender Hardware Address và Sender Protocol Address trong gói tin ARP nhận được đưa vào làm Target trong gói tin gửi đi Đồng thời thiết bị

sé lay dia chi MAC của mình đề đưa vào trường Sender Hardware Address Đồng thời cập nhất gia tri anh xa dia chi IP va MAC của máy gửi vào bảng ARP cache của mình để giảm thời gian

xử lý cho các lần sau

Bước 5: Thiết bị đích bắt đầu gửi gói tin Reply đã được khởi tạo đến thiết bị nguồn vừa gửi bản tin

ARPrequest Gói tin reply là gói tin gửi unicast

Bước 6: Thiết bị nguồn nhận được gói tin reply và xử lý bằng cách lưu trường Sender Hardware Address trong gói reply như địa chỉ phần cứng của thiết bị đích cần tìm

Bước 7: Thiết bị nguồn update vào ARP cache của mình giá trị tương ứng giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC của thiết bị đích Lần sau sẽ không còn cân tới ARP request

3.2 Hoạt động của ARP trong môi trường liên mạng

Hoạt động của ARP trong một môi trường phức tạp hơn đó là hai hệ thống mạng gắn với nhau thông qua một Router

Máy A thuộc mang A muốn gửi gói tin tới máy B thuộc mạng B 2 mạng này kết nối với nhau thông qua router C

Do cac broadcast lop MAC khéng thé truyền qua Router nên khi đó máy A sẽ xem Router C như một cầu nồi hay một trung gian (Agent) đê truyền dữ liệu Trước đó, máy A sẽ biết được địa chi IP cua Router C (dia chỉ Gateway) và biết được rằng đề truyền gói tin tới B phải đi qua C

Để tới được router C thì máy A phải gửi gói tin tới port X của router C (là gateway trong LAN

A) Quy trình truyền đữ liệu được mô tả như sau:

* Máy A gửi ARP request dé tim MAC cua port X +,

¢ Router C trả lời, cung cấp cho A địa chi MAC cua port X

* Máy A truyền gói tin tới port X cha router C (voi dia chi MAC dich la MAC cua port X, IP dich

la IP may B)

“+ Router C nhan duoc goi tin cua A, forward ra port Y Trong gói tin có chứa địa chỉ IP máy B, router C sé giti ARP request dé tim MAC cua may B