[Network] ARP(Address Resolution Protocol)

ARP(Address Resolution Protocol)

1. 주소 변환
2. ARP 프로토콜
3. ARP Package

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1.  주소 변환(Address Mapping)

 : 네트워크 계층에서 다음-홉에 대한 논리 주소를 알아내어도, 데이터링크계층을 통해서 전달하려면 물리주소를 지정해야함

• 논리 주소
  • 네트워크 계층 레벨의 주소
  • 전세계적으로 유일한 주소값, 32비트 길이(IP주소)
• 물리 주소
  • 로컬 네트워크에서 유효하고 유일한 주소
  • 호스트 /  라우터에 설치된 NIC에 실장되어 있음
  • 이더넷의 경우 48비트 길이(MAC 주소)

 

* 정적 변환(Static Mapping)

• 논리주소와 물리주소간의 연관 테이블을 저장하여 사용
• 필요 시에 연관 테이블 검색
• 무릴주소가 변경되는 경우, 정적 테이블을 변경해야함 (NIC 변경, 컴퓨터의 이동 등)

* 동적 변환(Dynamic Mapping)

• 물리주소와 논리주소 중에서 하나만 알면 별도의 프로토콜을 이용하여 다른 하나를 알아냄
• ARP =  논리주소를 물리주소로 변환
• RARP(Reverse ARP) = 물리주소를 논리주소로 변환

 

2. ARP 프로토콜

: IP 프로토콜로부터 논리주소를 받아서 물리주소로 변환한 이후에 데이터링크계층에 전달

 

* ARP 기본 동작

• 송신자는 수신자의 물리주소를 질의하는 ARP Request 패킷을 전송함 (브로드캐스트 하여 동일 네트워크 상의 모든 호스트 / 라우터가 수신함)
• 질의에 포함된 수신자가 아닌 호스트 / 라우터는 자신이 수신한 ARP Request 패킷을 삭제
• 수신자는 자신의 물리주소를 포함한 ARP Reply 메시지를 구성하여 질의 패킷의 송신자에게 유니캐스트 방식으로 전달

 

* ARP 상세동작

1. 송신자는 타겟 IP주소를 알고 있음 (패킷 포워딩을 통해)
2. IP 가 ARP에게 ARP Request 메시지 생성 요청 -> '송신자 물리주소, 송신자 IP주소, 타겟 IP주소' 는 채우지만 타겟 물리주소 X
3. 데이터링크계층에 ARP 패킷이 전달되면 발신지 주소는 송신자의 물리주소, 목적지 주소는 물리 브로드캐스트 주소로 하여 프레임으로 캡슐화 수행
4. 동일 네트워크 내의 모든 호스트와 라우터가 프레임을 수신하여 자신의 ARP에게 전달
5. 타겟 시스템은 자신의 물리주소를 포함한 ARP Reply 메시지를 전송 (유니캐스트)
6. 송신자는 ARP Reply 메시지를 수신하고 타겟 시스템의 물리주소를 획득함
7. 송신자는 타겟에게 보내는 IP패킷으로 프레임을 구성할 때, ARP에서 획득한 물리주소를 사용함

 

* ARP를 사용하는 4가지 경우

1. 송신자가 호스트로서 동일 네트워크에 있는 다른 호스트에게 패킷을 전송 -> 타겟 논리 주소는 목적지 IP 주소
2. 송신자가 호스트이고, 다른 네트워크에 있는 다른 호스트에게 패킷 전송 -> 타겟 논리 주소는 다음-홉 라우터의 IP 주소
3. 송신자가 라우터이고, 다른 네트워크 상에 있는 호스트로 가는 데이터그램을 전달 -> 타겟 논리 주소는 다음-홉 라우터의 IP 주소
4. 송신자가 라우터이고, 동일 네트워크에 있는 호스트에게 패킷을 전송 -> 타겟 논리 주소는 목적지 IP 주소

 

* 캐쉬 테이블(Cache Table)

• 송신자가 같은 목적지에 여러 IP 데이터그램을 보낼 때, 매번 ARP 프로토콜을 사용하는 것은 비효율적
• 논리주소와 매핑되는 물리주소를 획득하면 캐쉬 테이블에 저장
• 이후 동일한 수신자에게 보내는 데이터그램에 대해서는 캐쉬테이블에 저장된 물리주소값을 사용
• 테이블의 용량은 한정되어 무한정 유지될 수 없음

 

* 큐(Queue)

 : ARP 동작으로 물리주소를 획득하려는 동안에 IP패킷을 저장하는 공간

 

 

*  출력 모듈(Output Module)

• 전송할 IP패킷이 있으면 목적지 IP주소에 해당하는 항목이 캐쉬테이블에 있는지 확인
• 캐쉬 테이블에 있고 이미 물리주소를 획득한 상태(Resolved)라면 매핑되는 물리주소와 함께 데이터링크계층으로 전달
• 캐쉬 테이블에 항목이 있지만 아직 물리주소를 획득하기 이전 상태(Pending)라면 큐에 저장하고 대기
• 캐쉬 테이블에 항목이 없다면 새로운 항목을 생성하고 ARP 과정을 수행하며 IP 패킷은 큐에 저장하고 대기

 

* 입력 모듈(Input Module)

• 수신한 ARP 패킷이 ARP Reply 패킷이고, 타겟 논리 주소와 일치하는 항목이 캐쉬테이블에 있으면 ARP Reply 패킷에 있는 물리주소를 캐쉬테이블에 복사
• 물리주소값과 함께  큐에 저장된 패킷을 데이터링크계층에 전달

* 수신한 ARP 패킷이 ARP Reply 패킷이라면

  : 타겟 IP 주소값이 자신이라면 물리주소를 기록하여 ARP Reply 패킷을 만들어서 전송

 

* 캐쉬 제어 모듈(Cache-Control Module)

• 캐쉬 테이블을 유지/ 관리하는 모듈
• 물리주소값을 일정 시간동안 획득하지 못한 항목(Pending)의 경우 주기적으로 재시도 -> 최대 횟수 이하로 재시도
• 물리주소값을 이미 획득하여 사용하고 있는 항목(Resolved)의 경우에도 일정 시간이 지나면 캐쉬 테이블에서 삭제