Arp: Unterschied zwischen den Versionen

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== Address Resolution Protocol (ARP) ==
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= Address Resolution Protocol (ARP) =
  
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=== Definition ===
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* Netzwerkprotokoll zur Ermittlung der physikalischen Adresse (MAC) zu einer bekannten Netzwerkadresse (IP).
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* Ermittelt die physikalische Adresse (MAC) zu einer bekannten logischen Adresse (IP).
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* Hinterlegt diese Zuordnung in den ARP-Tabellen (ARP-Cache) der beteiligten Rechner.
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* Stellt die Verbindung zwischen Internetschicht (Layer 3) und Netzzugangsschicht (Layer 2) her.
 
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* Speichert Zuordnungen im '''ARP-Cache''' (Tabelle) der beteiligten Rechner.
 
  
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=== Verwendung und Notwendigkeit ===
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= Verwendungen =
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* MAC-Adressen (48 Bit) sind hardwaregebunden und weltweit theoretisch eindeutig.
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* MAC-Adressen werden vom Hersteller vergeben und sind theoretisch weltweit eindeutig.
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* IP-Adressen (32 Bit bei IPv4) werden logisch vergeben (IANA).
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* IP-Adressen (32 Bit) werden von der '''IANA''' (Internet Assigned Numbers Authority) zugeteilt.
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* Da keine feste mathematische Beziehung zwischen IP und MAC existiert, ist ARP für die Kapselung von IP-Paketen in Ethernet-Frames zwingend erforderlich.
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* Da IPv4-Adressen nur 32 Bit lang sind, können die 48 Bit langen MAC-Adressen nicht direkt abgebildet werden.
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* Ohne Ziel-MAC kann ein Ethernet-Frame nicht im lokalen Netz zugestellt werden.
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* Es besteht keine feste mathematische Beziehung zwischen MAC- und IP-Adressen.
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* Vor dem Senden eines IP-Pakets im selben Subnetz muss dieses in einen Ethernet-Frame verpackt werden.
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* Dazu muss der Sender die Ziel-MAC-Adresse kennen.
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* Ist diese unbekannt, ermittelt der Rechner sie mithilfe von ARP.
  
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=== Funktionsweise (Beispiel Ethernet) ===
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= Funktionsweise am Beispiel Ethernet =
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* '''ARP-Anforderung (ARP Request):'''
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** Wird als Broadcast (Ziel-MAC: ff-ff-ff-ff-ff-ff) an alle Computer des lokalen Netzwerkes gesendet.
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** Enthält die MAC- und IP-Adresse des Senders sowie die IP-Adresse des gesuchten Ziels.
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** Ziel-MAC-Adresse im ARP-Feld wird mit 00-00-00-00-00-00 gefüllt (Platzhalter für die Suche).
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* '''ARP-Antwort (ARP Reply):'''
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** Nur der Computer mit der passenden Empfänger-IP-Adresse antwortet.
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** Er sendet seine MAC- und IP-Adresse zurück (per Broadcast oder Unicast).
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* '''Eintragung:'''
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** Der Anfragende trägt die Kombination in seine ARP-Tabelle (ARP-Cache) ein.
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** Auch der Zielrechner sollte die Daten des Anfragenden speichern (Vorbereitung für Rückantwort).
  
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==== ARP Request (Anfrage) ====
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= ARP-Cache =
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* Sender schickt einen '''Broadcast''' an alle Rechner im lokalen Netz (Ziel-MAC: FF-FF-FF-FF-FF-FF).
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* Besteht aus IP-Adresse, MAC-Adresse, Eintragungszeitpunkt und Gültigkeitsdauer.
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* Inhalt: „Wer hat die IP-Adresse X? Bitte antworte an meine IP/MAC-Adresse.“
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* Die Verweildauer im Cache ist implementierungsabhängig (bei Linux oft ca. 5 Minuten).
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* Das Feld für die gesuchte Ziel-MAC wird im ARP-Header mit 00-00-00-00-00-00 gefüllt.
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* Jede Nutzung eines Eintrags verlängert dessen Ablaufzeit.
  
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==== ARP Reply (Antwort) ====
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= Header =
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* Nur der Rechner mit der gesuchten IP-Adresse reagiert.
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{| class="wikitable" style="text-align: center; width: 40em;" border=1
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* Er sendet seine MAC-Adresse direkt an den Anfragenden zurück (meist als '''Unicast''').
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* Der Anfragende trägt die Kombination in seinen ARP-Cache ein.
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! colspan="17" | ARP-Nachrichtenformat am Beispiel Ethernet-MAC-Adressen und IPv4-Adressen
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! colspan="1"|octet offset
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! colspan="8" width="50%"|0
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=== ARP-Cache (Tabelle) ===
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! colspan="8" width="50%"|1
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* Enthält Zuordnungen von IP- zu MAC-Adressen.
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|-
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* Einträge sind zeitlich begrenzt (Gültigkeitsdauer oft ca. 5 Minuten bei Linux).
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! 0
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* Nutzung eines Eintrags verlängert dessen Ablaufzeit.
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| colspan="16"| Hardwareadresstyp
−
* Verwaltung über Befehle:
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|-
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** '''arp -a''' oder '''arp -n''': Zeigt die aktuelle Tabelle an.
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! 2
−
** '''arping''': Manuelles Versenden von ARP-Anforderungen.
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| colspan="16"| Protokolladresstyp
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== ARP Header ==
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! 4
−
 
+
| colspan="8"| Hardwareadressgröße
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{| class="wikitable" style="text-align: center;"
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| colspan="8"| Protokolladressgröße
−
! colspan="2" | ARP-Nachrichtenformat (Ethernet & IPv4)
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|-
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! 6
 +
| colspan="16"| Operation
 +
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! 8
 +
| colspan="16" style="background:#f0fff0"| Quell-MAC-Adresse (erste 2 Bytes)
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! 10
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| colspan="16" style="background:#f0fff0"| (nächste 2 Bytes)
 +
|-
 +
! 12
 +
| colspan="16" style="background:#f0fff0"| (letzte 2 Bytes)
 +
|-
 +
! 14
 +
| colspan="16" style="background:#d0ffd0"| Quell-IP-Adresse (erste 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| Hardwareadresstyp (z.B. Ethernet = 1) || 2 Byte
+
! 16
 +
| colspan="16" style="background:#d0ffd0"| (letzte 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| Protokolladresstyp (z.B. IPv4 = 0x0800) || 2 Byte
+
! 18
 +
| colspan="16" style="background:#f0f0ff"| Ziel-MAC-Adresse (erste 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| Hardwareadressgröße (z.B. MAC = 6) || 1 Byte
+
! 20
 +
| colspan="16" style="background:#f0f0ff"| (nächste 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| Protokolladressgröße (z.B. IP = 4) || 1 Byte
+
! 22
 +
| colspan="16" style="background:#f0f0ff"| (letzte 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| '''Operation''' (1 = Request / 2 = Reply) || 2 Byte
+
! 24
 +
| colspan="16" style="background:#d0d0ff"| Ziel-IP-Adresse (erste 2 Bytes)
 
|-
 
|-
−
| style="background:#f0fff0" | Quell-MAC-Adresse || 6 Byte
+
! 26
 +
| colspan="16" style="background:#d0d0ff"| (letzte 2 Bytes)
 +
|}
 +
 
 +
* '''Hardwareadresstyp (2 Byte):''' Typ der MAC-Adresse im Paket (Ethernet: 1).
 +
* '''Protokolladresstyp (2 Byte):''' Protokolltyp der angeforderten Adresse (IPv4: 0x0800).
 +
* '''Hardwareadressgröße (1 Byte):''' Größe der MAC-Adresse (Ethernet: 6).
 +
* '''Protokolladressgröße (1 Byte):''' Größe des Protokolls (IPv4: 4).
 +
* '''Operation (2 Byte):''' Wert der Operation (1 = ARP-Anforderung, 2 = ARP-Antwort).
 +
* '''Quell-MAC-Adresse (6 Byte):''' MAC-Adresse des Senders bzw. antwortenden Hosts.
 +
* '''Quell-IP-Adresse (4 Byte):''' IP-Adresse des Senders bzw. antwortenden Hosts.
 +
* '''Ziel-MAC-Adresse (6 Byte):''' In Anforderung Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF), in Antwort MAC des Anfragenden.
 +
* '''Ziel-IP-Adresse (4 Byte):''' IP-Adresse des gesuchten Hosts bzw. des Anfragenden.
 +
 
 +
= Verwaltung und Befehle =
 +
* '''ip neighbor show''' (oder '''ip neigh'''): Zeigt die aktuelle ARP-Tabelle an (Nachfolger von arp -n).
 +
* '''ip neighbor flush dev eth0''': Löscht alle Einträge für ein bestimmtes Interface.
 +
* '''arping''': Manuelles Versenden von Anforderungen (z.B. für IP-Konfliktprüfung).
 +
 
 +
==== Vergleich der Befehlswelt ====
 +
{| class="wikitable"
 +
! Funktion !! Veraltet (net-tools) !! Aktuell (iproute2)
 
|-
 
|-
−
| style="background:#d0ffd0" | Quell-IP-Adresse || 4 Byte
+
| Tabelle anzeigen || arp -n || '''ip neigh'''
 
|-
 
|-
−
| style="background:#f0f0ff" | Ziel-MAC-Adresse || 6 Byte
+
| Eintrag löschen || arp -d IP || '''ip neigh del IP dev Interface'''
 
|-
 
|-
−
| style="background:#d0d0ff" | Ziel-IP-Adresse || 4 Byte
+
| Eintrag hinzufügen || arp -s IP MAC || '''ip neigh add IP lladdr MAC dev Interface nud reachable'''
 
|}
 
|}
  
−
== Prinzip und Vorgang ==
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= Prinzip =
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[[Datei:arp-prinzipv2.png]]
  
−
=== Grafische Darstellung ===
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= Vorgang =
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* '''Prinzip:''' [[Datei:arp-prinzipv2.png]]
+
* Der Client schickt eine ARP-Request an alle Clients im Netz.  
−
* '''Schritt 1 (Request):''' [[Datei:arp-1.png]]
+
* Alle erhalten und überprüfen den Request.
−
* '''Schritt 2 (Reply):''' [[Datei:arp-2.png]]
+
* Der angesprochene Client antwortet mit einem ARP-Reply inklusive seiner MAC-Adresse.
 +
[[Datei:arp-1.png]]
 +
[[Datei:arp-2.png]]
  
−
=== Befehlsbeispiel (arp -n) ===
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= Befehle =
−
* [[Datei:arp-3.png]]
+
* Mit dem Befehl "ip neigh" wird die Tabelle mit den ARP-Einträgen angezeigt.
 +
[[Datei:arp-3.png]]
  
−
== ARP in der analogen Welt ==
+
= Arp in der analogen Welt =
−
* '''Szenario:''' Paket-Lieferdienst.
+
* Anwendungsfall: Paket-Hol- und Lieferdienst.
−
* '''Ebene 3 (IP):''' Absender A möchte Paket an Empfänger B schicken (Name/Logik).
+
* Beteiligte Ebenen:
−
* '''Ebene 2 (MAC):''' Der Transporteur braucht die physische Hausadresse.
+
** „3“: Person A versendet Paket an Person B (Name bekannt).
−
* '''Vorgang:''' Der Fahrer (Router/Host) ruft in die Straße (Broadcast): „Wer hier heißt B? Ich brauche die Hausnummer zum Abliefern!“
+
** „2“: Transportdienst (Hausadresse/MAC benötigt).
 +
* Komfort: Versender muss nur Namen wissen, Paketdienst nutzt Adressbuch (Cache).
 +
* Transportvorgang:
 +
** Paket wird bei A abgeholt.
 +
** Fahrer erfragt Zieladresse für B („Wer ist B und wo wohnt er?“) -> ARP.
 +
** Paket wird im Verteilzentrum umgeladen und an Hausadresse von B geliefert.
  
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== Quellen ==
+
= Quelle =
 
* https://www.rrze.fau.de/files/2017/10/20171025-Lokale-Netze-NWA-WS17-18.pdf
 
* https://www.rrze.fau.de/files/2017/10/20171025-Lokale-Netze-NWA-WS17-18.pdf
 
* https://de.wikipedia.org/wiki/Address_Resolution_Protocol
 
* https://de.wikipedia.org/wiki/Address_Resolution_Protocol

Aktuelle Version vom 29. März 2026, 10:31 Uhr

Address Resolution Protocol (ARP)

  • Netzwerkprotokoll zur Ermittlung der physikalischen Adresse (MAC) zu einer bekannten Netzwerkadresse (IP).
  • Hinterlegt diese Zuordnung in den ARP-Tabellen (ARP-Cache) der beteiligten Rechner.

Verwendungen

  • MAC-Adressen werden vom Hersteller vergeben und sind theoretisch weltweit eindeutig.
  • IP-Adressen (32 Bit) werden von der IANA (Internet Assigned Numbers Authority) zugeteilt.
  • Da IPv4-Adressen nur 32 Bit lang sind, können die 48 Bit langen MAC-Adressen nicht direkt abgebildet werden.
  • Es besteht keine feste mathematische Beziehung zwischen MAC- und IP-Adressen.
  • Vor dem Senden eines IP-Pakets im selben Subnetz muss dieses in einen Ethernet-Frame verpackt werden.
  • Dazu muss der Sender die Ziel-MAC-Adresse kennen.
  • Ist diese unbekannt, ermittelt der Rechner sie mithilfe von ARP.

Funktionsweise am Beispiel Ethernet

  • ARP-Anforderung (ARP Request):
    • Wird als Broadcast (Ziel-MAC: ff-ff-ff-ff-ff-ff) an alle Computer des lokalen Netzwerkes gesendet.
    • Enthält die MAC- und IP-Adresse des Senders sowie die IP-Adresse des gesuchten Ziels.
    • Ziel-MAC-Adresse im ARP-Feld wird mit 00-00-00-00-00-00 gefüllt (Platzhalter für die Suche).
  • ARP-Antwort (ARP Reply):
    • Nur der Computer mit der passenden Empfänger-IP-Adresse antwortet.
    • Er sendet seine MAC- und IP-Adresse zurück (per Broadcast oder Unicast).
  • Eintragung:
    • Der Anfragende trägt die Kombination in seine ARP-Tabelle (ARP-Cache) ein.
    • Auch der Zielrechner sollte die Daten des Anfragenden speichern (Vorbereitung für Rückantwort).

ARP-Cache

  • Besteht aus IP-Adresse, MAC-Adresse, Eintragungszeitpunkt und Gültigkeitsdauer.
  • Die Verweildauer im Cache ist implementierungsabhängig (bei Linux oft ca. 5 Minuten).
  • Jede Nutzung eines Eintrags verlängert dessen Ablaufzeit.

Header

ARP-Nachrichtenformat am Beispiel Ethernet-MAC-Adressen und IPv4-Adressen
octet offset 0 1
0 Hardwareadresstyp
2 Protokolladresstyp
4 Hardwareadressgröße Protokolladressgröße
6 Operation
8 Quell-MAC-Adresse (erste 2 Bytes)
10 (nächste 2 Bytes)
12 (letzte 2 Bytes)
14 Quell-IP-Adresse (erste 2 Bytes)
16 (letzte 2 Bytes)
18 Ziel-MAC-Adresse (erste 2 Bytes)
20 (nächste 2 Bytes)
22 (letzte 2 Bytes)
24 Ziel-IP-Adresse (erste 2 Bytes)
26 (letzte 2 Bytes)
  • Hardwareadresstyp (2 Byte): Typ der MAC-Adresse im Paket (Ethernet: 1).
  • Protokolladresstyp (2 Byte): Protokolltyp der angeforderten Adresse (IPv4: 0x0800).
  • Hardwareadressgröße (1 Byte): Größe der MAC-Adresse (Ethernet: 6).
  • Protokolladressgröße (1 Byte): Größe des Protokolls (IPv4: 4).
  • Operation (2 Byte): Wert der Operation (1 = ARP-Anforderung, 2 = ARP-Antwort).
  • Quell-MAC-Adresse (6 Byte): MAC-Adresse des Senders bzw. antwortenden Hosts.
  • Quell-IP-Adresse (4 Byte): IP-Adresse des Senders bzw. antwortenden Hosts.
  • Ziel-MAC-Adresse (6 Byte): In Anforderung Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF), in Antwort MAC des Anfragenden.
  • Ziel-IP-Adresse (4 Byte): IP-Adresse des gesuchten Hosts bzw. des Anfragenden.

Verwaltung und Befehle

  • ip neighbor show (oder ip neigh): Zeigt die aktuelle ARP-Tabelle an (Nachfolger von arp -n).
  • ip neighbor flush dev eth0: Löscht alle Einträge für ein bestimmtes Interface.
  • arping: Manuelles Versenden von Anforderungen (z.B. für IP-Konfliktprüfung).

Vergleich der Befehlswelt

Funktion Veraltet (net-tools) Aktuell (iproute2)
Tabelle anzeigen arp -n ip neigh
Eintrag löschen arp -d IP ip neigh del IP dev Interface
Eintrag hinzufügen arp -s IP MAC ip neigh add IP lladdr MAC dev Interface nud reachable

Prinzip

Arp-prinzipv2.png

Vorgang

  • Der Client schickt eine ARP-Request an alle Clients im Netz.
  • Alle erhalten und überprüfen den Request.
  • Der angesprochene Client antwortet mit einem ARP-Reply inklusive seiner MAC-Adresse.

Arp-1.png Arp-2.png

Befehle

  • Mit dem Befehl "ip neigh" wird die Tabelle mit den ARP-Einträgen angezeigt.

Arp-3.png

Arp in der analogen Welt

  • Anwendungsfall: Paket-Hol- und Lieferdienst.
  • Beteiligte Ebenen:
    • „3“: Person A versendet Paket an Person B (Name bekannt).
    • „2“: Transportdienst (Hausadresse/MAC benötigt).
  • Komfort: Versender muss nur Namen wissen, Paketdienst nutzt Adressbuch (Cache).
  • Transportvorgang:
    • Paket wird bei A abgeholt.
    • Fahrer erfragt Zieladresse für B („Wer ist B und wo wohnt er?“) -> ARP.
    • Paket wird im Verteilzentrum umgeladen und an Hausadresse von B geliefert.

Quelle

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