【ARP】ARPプロトコル概要

Contents

1　ARPとは？
2　ARPの動作
- 2.1　ARPリクエスト
- 2.2　ARPリプライ
3　ARPパケット
- 3.1　イーサネットフレーム
- 3.2　ARPパケット

1　ARPとは？

メールサーバーSMTPポートを外部公開すると、
毎日毎日不正アクセスを試みるヤツラが多いことに気づきます。

ヤツラが何を企んでいるのか、流れるパケットをWiresharkで監視してみると、
よく分からないプロトコルの通信がたくさん流れています。

それで、2022年現在いろいろな通信プロトコルについて調べている最中です。

本記事は、調べた結果であり、自分の備忘録として残しておくものです。
探せば同様の記事はすぐに見つかりますが、
こうして自分で記録を作ることによって、より理解が深まったのではないかと思っています。

今回は、ARP編です。

ARP（Address Resolution Protocol：アドレス解決プロトコル）とは、
IPv4アドレスからOSI参照モデルのデータリンク層で使用するMACアドレスを
取得するためのプロトコルです。

LANに接続されたコンピューター間で通信するためには、
IPパケットは下位のレイヤでL2ヘッダーが付加された上で伝送されることから、
MACアドレスの情報が必要となります。

ARPはIPv4の時に使用されるプロトコルです。
IPv6を使用したIPアドレスの場合は、
ICMPv6の近隣探索プロトコル（NDP）によりARPの機能が提供されています。

2　ARPの動作

ARP（Address Resolution Protocol）の仕組みは、非常にシンプルです。
「ARPリクエスト」と「ARPリプライ」と呼ばれる2種類のパケットを使用して、
IPアドレスからMACアドレスを取得します。

本章では、「ARPリクエスト」と「ARPリプライ」のパケットの流れを例示します。

2.1　ARPリクエスト

図2.1-1において、コンピューターAがコンピューターBと通信したいとします。
その時は、先ずコンピューターAから同じセグメントの全ての端末に送信するために、
ARPリクエストをブロードキャストします。

このARPリクエストのパケットの中には、
MACアドレスを知りたいノードのIPアドレス情報が入っています。

2.2　ARPリプライ

ARPリクエストはブロードキャストされるので、全ノードがこのパケットを受信します。
ARPパケットの中身を見て探索しているIPアドレスが自分（192.168.0.2）と分かった
コンピューターBは、コンピューターBのMACアドレス情報を
コンピューターAに伝えるためにARPリプライのパケットをコンピューターAだけに送ります。

これでコンピューターAはBのMACアドレスを知ることができるので、
LAN上での通信ができるようになります。

3　ARPパケット

3.1　イーサネットフレーム

ARPもICMPも、TCPやUDP、IPなどが動作するための補助的なプロトコルですが、
いずれもIPプロトコルの上位に存在するものではありません。

どちらかというと、（OSI参照モデルでいうと）IPと同じようなところに位置する
補助的なプロトコルです。
そのため、パケットの構造などもやや変則的です。

イーサネットフレーム上のプロトコル・タイプは、
イーサネットの上位に位置するプロトコルの種類を表す数値であり、
IPプロトコルならば「0x0800」となります。

これ以外に、「0x0806」のARPと、「0x8035」のRARPも使われます。

3.2　ARPパケット

ARPパケットの構造は図3.2-1に示すように非常に単純であり、
このパケットを送信元とあて先コンピューターとの間で1回やりとりします。

ARPパケットの構造は、
利用するネットワーク媒体（MACアドレスの長さ）によって長さが変わる可能性があります。

ですが、イーサネット（およびその互換技術）が広く普及した現在では、
図3.2-1に示すような構造のARPパケットがほとんどです。

■ハードウェア種別（0x0001）: ネットワークの物理的な媒体の種類を表す、16bit幅の数値である。

イーサネットではその値は「0x0001」であり、
ほかにもフレーム・リレーは0x000f、HDLCは0x0011などいくつか決まっているが
（定義はRFC1700「Assingned Numbers」などに記載）、あまり深い意味は持たない。

■プロトコル（0x0800）: ARPプロトコルで取り扱う上位のプロトコルの種類を表す。

0x0800はTCP/IPプロトコルを表す
（これはイーサネットフレーム中にある、TCP/IPプロトコルを表すタイプと同じである）。

■HLEN（0x06）: 「HLEN（hardware address length）」は、MACアドレスの長さを表す。

イーサネットの場合は「6」となっており、
MACアドレスは6bytes（48bit）であることを示している。

■PLEN（0x04）: 「PLEN（protocol address length）」は、
上位のプロトコルで利用されるアドレス情報の長さを表す。
Version 4のTCP/IPプロトコルではIPアドレスは4bytes（32bit）であるので、
このフィールドの値は「4」となっている。

■動作（ARP/RARP）: ARPの動作の種類を表すためのコードが入っている。

ARPプロトコルを使う場合は、最初にARPリクエストを送信し、
該当するコンピューターがARPリプライを返すというふうに動作する。

リクエストとそのリプライを区別するために2つのコードが割り当てられているが、
さらに、ARPだけでなく、
RARP（MACアドレスからIPアドレスの情報を得る）というプロトコルでも
この構造のパケットを使うため、可能な動作としては表3.2-1に示す4つがある
（ARPは必須だが、RARPは実装されていないことも多い）。

■送信元MACアドレス（6bytes）: ARPリクエストもしくはARPリクエストへの応答を送信する側のコンピューターが、
自分自身のMACアドレスを格納する。

イーサネットの場合、MACアドレスは6bytesで、
このフィールドに自分自身のMACアドレスを埋め込んでパケットを送信する。

■送信元IPアドレス（4bytes）: ARPリクエストもしくはARPリクエストへの応答を送信する側のコンピューターが、
自分自身のIPアドレスを格納する。

IPv4の場合は、IPアドレスは4bytesで、
このフィールドに自分自身のIPアドレスを埋め込んでパケットを送信する。

送信元のMACアドレスとIPアドレスは、自明なので、
このフィールドには必ず何らかの値がセットされていることになる。

■あて先MACアドレス（6bytes）: ARPの応答パケットにおいて、
ARPパケットを返送する先（つまりもともとのARPリクエストを最初に送信した側）の
コンピューターのMACアドレスがセットされる。

ARPの要求送信時には不明なので、0のままとなっている。

■あて先IPアドレス（4bytes）: ARPの要求送信時は、MACアドレスを知りたいノードのIPアドレスがセットされる。

ARPの応答パケットにおいては、
ARPパケットを返送する先（つまりもともとのARPリクエストを最初に送信した側）の
コンピューターのIPアドレスがセットされる。