Đã có địa chỉ IP của trạm nguồn và trạm dích nhng gói IP đi theo đờng nào để tới đích. ở từng chặng (hop) các router làm nhiệm vụ chọn đờng hay định tuyến cho các gói. Để việc chọn đờng đợc thực hiện tốt thì router phải có thông tin về các tuyến, các chặng và tình trạng của mạng nói chung. Các giao thức định tuyến đợc dùng để cập nhật những thông tin đó cho router.
Đã có rất nhiều giao thức định tuyến đợc phát triển cho các mạng IP, có thể chia làm hai loại chính là định tuyến theo trạng thái kênh (link-state routing) và định tuyến theo véc tơ khoảng cách (distance-vector routing).
Với các giao thức định tuyến, mạng đợc kết cấu tốt có khả năng tự vợt qua các tắc nghẽn cục bộ, phản ứng nhanh với các tình huống xảy ra; tức là có độ tin cậy cao.
Các địa chỉ IP chỉ là các địa chỉ logic đợc dùng ở tầng mạng để chọn đờng đi từ đầu cuối. Tuy nhiên trên từng chặng, hai máy chỉ có thể liên lạc với nhau khi biết địa chỉ vật lí của nhau (địa chỉ MAC). Nh vậy vấn đề đặt ra là thực hiện ánh xạ giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC (48 bit) của một trạm. Giao thức ARP đợc xây dựng để chuyển đổi từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lí khi cần thiết.
Còn giao thức RARP đợc dùng trong trờng hợp ngợc lại. Cả giao thức ARP và RARP đều không thuộc IP, nhng đợc IP dùng đến khi cần.
Một giao thức khác cũng liên quan tới IP, đó là ICMP. Giao thức này thực hiện truyền các thông báo điều khiển (về tình trạng lỗi trên mạng,...) giữa các gateway hoặc trạm của liên mạng. Lỗi có thể là một datagram không đợc gửi tới đích, hay một router hết bộ nhớ đệm ... Một thông báo IMCP đợc tạo và chuyển cho IP. IP sẽ bọc thông báo đó với một IP header và chuyển đến cho router khác hoặc trạm đích.
1.8.1Giao thức phân giải địa chỉ ARP
1.8.1.1 Giới thiệu
Địa chỉ IP chỉ là địa chỉ logic, các mạng vật lý có địa chỉ riêng của mình là địa chỉ phần cứng. Một mạng vật lý có thể sử dụng nhiều lớp mạng khác nhau tại cùng thời điểm. Đối với một frame Ethernet thì nó đợc gửi từ một host đến host khác trên một LAN, nó sử dụng địa chỉ vật lý 48bit để quyết định giao diện mà fragment đợc gửi đến. Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) cung cấp cách để biên dịch địa chỉ IP để thu đợc địa chỉ vật lý và ngợc lại.
Các phần tử (host, router, server...) sử dụng địa chỉ IP để trao đổi thông tin cho nhau trong môi trờng mạng hoặc liên mạng. Có nghĩa là chúng phải biết địa chỉ IP của nhau.Xét trong môi trờng đơn mạng, gói tin IP sẽ đợc đóng thành khung có địa chỉ MAC.Nếu không biết đia chỉ MAC đích thì chúng sẽ đặt giá trị địa chỉ MAC là FF-FF- FF-FF-FF-FF. Điều này sẽ làm tăng lu lợng trong một miền broadcast domain.
Chức năng của giao thức ARP là cho phép các phần tử xây dựng bảng ánh xạ IP sang MAC Hình 1.29 ARP và RARP Phạm Văn Hiến - Đ01VT ARP RARP 32bit địa chỉ IP
48bit địa chỉ Ethernet
Hình 1.30 Các bảng ARP
ARP cung cấp cách sắp xếp động địa chỉ IP vào địa chỉ phần cứng tơng ứng, ở đây gọi là ‘động’ vì nó xảy ra tự động và thờng không quan tâm đến ngời sử dụng hay nhà quản lý hệ thống. RARP đợc sử dụng bởi các hệ thống không đĩa nhng yêu cầu cấu hình bằng tay bởi các nhà quản lý.
1.8.1.2 Hoạt động của ARP
Mỗi giao diện mạng có một địa chỉ phần cứng, các frame đợc chuyển mạch tại mức phần cứng phải đợc đánh địa chỉ đến một giao diện, nhng TCP/IP làm việc với địa chỉ IP của nó. Địa chỉ IP của một host không cho phép nhân gửi một frame tới host đó, nhân phải biết địa chỉ phần cứng của đích để gửi dữ liệu đến đó. Chức năng của ARP là phải cung cấp cách sắp xếp động giữa địa chỉ IP và địa chỉ phần cứng đợc sử dụng bởi các công nghệ mạng khác nhau. Các link điểm-điểm không sử dụng ARP, khi các link này đợc cấu hình (thờng trong thời gian mồi), nhân phải đợc thông báo về địa chỉ IP tại mỗi đầu của link. Địa chỉ phần cứng là không có liên quan.
Điều cốt yếu để ARP hoạt động hiệu quả là duy trì một ARP cache trên mỗi host. Cache chỉ biên dịch hiện thời từ địa chỉ IP đến địa chỉ phần cứng. Ta có thể hiển thị cache nhờ dùng lệnh arp.
Có thể xẩy ra trờng hợp một host đang đợc truy vấn bị down hay không tồn tại, do đó không thể trả lời cho ARP request đợc. Khi đó phía gửi ARP request sẽ tiếp tục gửi ARP request với tần suất giảm dần. ARP request tơng ứng 1:1 với TCP SYN segment . Trừ khi thu đợc ARP reply thì TCP segment mới đợc gửi đi vì nếu không thì vẫn cha biết địa chỉ phần cứng của đích. Một timeout thờng đợc cung cấp cho thực thể
trong ARP cache. Các thực hiện của Berkeley thờng có timeout là 20 phút cho một thực thể hoàn chỉnh và 3 phút cho một thực thể không hoàn chỉnh. Mỗi lần sử dụng thực thể thì lập timeout của nó là 20 phút.
Ví dụ :
Thiết bị nguồn 197.15.22.33 đang yêu cầu địa chỉ MAC của đích có địa chỉ 197.15.22.126. Thiết bị đích có địa chỉ 197.15.22.126 bắt lấy ARP request và đáp ứng lại bằng một ARP reaply có chứa địa chỉ MAC của nó.
Hình 1.31 Các bảng ARP Phạm Văn Hiến - Đ01VT MAC HEADER Destination 02-06-8C-01-02-03 Source IP HEADER Destination 197.15.22.33 Source ARP reply message
I have that MAC
Hình 1.32 Cấu trúc ARP request
1.8.1.3 Proxy ARP và gratuitous ARP
Proxy ARP cho phép một router trả lời ARP request trên một trong số các mạng của nó cho một host trên mạng khác của nó. Nó đánh lừa host phát ARP request rằng nó là host đích khi mà host đích trên side khác của nó. Khi đó router hoạt động nh một proxy agent cho host đích, thực hiện chuyển tiếp các gói từ các host khác gửi cho nó. Proxy ARP còn gọi là promiscuoust ARP hay ARP hack còn có chức năng ẩn đi hai mạng vật lý so với nhau.
Một đặc trng khác của ARP đợc gọi là gratuitous ARP. Nó xảy ra khi một host gửi đi một ARP request để tìm kiếm địa chỉ IP của chính nó, nó thờng đợc thực hiện khi giao diện đợc cấu hình tại thời gian mồi.
Gratuitous ARP có hai chức năng.
♦ Nó cho phép một host xác định xem liệu host khác có đợc cấu hình với cùng địa chỉ IP của nó không. Host bsdi không mong đợi thu một reply cho request này vì nếu một trả lời đợc thu thì bản tin lỗi lặp địa chỉ IP đợc đa ra. Đây là một cảnh báo với các nhà quản lý hệ thống rằng một trong số các hệ thống đã bị cấu hình sai. ♦ Nếu host gửi gratuitous ARP thay đổi địa chỉ phần cứng của nó (do host bị
đóng,card giao diện bị thay thế host đ… ợc khởi tạo lại) thì gói này sẽ làm cho bất kỳ host nào khác trên cáp (có một thực thể trong cache của nó cho địa chỉ phần cứng cũ ) sẽ cập nhật thực thể cache ARP. Nếu một host thu một ARP request từ một địa chỉ IP đang tồn tại trong cache của nó thì thực thể cache cập nhật với địa chỉ phần cứng của phía gửi ARP request .
Đặc tính này của ARP cho phép một ‘backup file server’ tiếp quản một server bị lỗi bằng cách phát ra một ARP request ‘ gratuitous ’ với địa chỉ IP của server bị lỗi. Nhờ đó các gói đợc gửi tới server bị lỗi sẽ đợc gửi đến ‘backup’ mà các ứng dụng client không hề biết rằng server nguồn bị lỗi.
ARP là một giao thức cơ sở của TCP/IP nhng nó thờng hoạt động mà không cần sự hiểu biết của ứng dụng hay các nhà quản lý hệ thống về nó.