ARPとは何か

ARPは、Address Resolution Protocolの略です。 日本語では「アドレス解決プロトコル」と表現されます。

ここでいうアドレス解決とは、IPv4アドレスからMACアドレスを調べることです。 たとえば、PC-Aが「192.168.1.20へ送りたい」と分かっていても、Ethernetフレームには宛先MACアドレスも入れなければなりません。

なぜIPアドレスだけでは送れないのか

TCP/IP通信では、複数の情報が異なる役割を持っています。 IPパケットには送信元IPアドレスと宛先IPアドレスが入り、Ethernetフレームには送信元MACアドレスと宛先MACアドレスが入ります。

Ethernetを使うLANでは、スイッチがMACアドレスを見てフレームを転送します。 そのため、送信側はIPアドレスだけでなく、現在のLAN上でフレームを渡す相手のMACアドレスも知る必要があります。

ARP要求からARP応答までの流れ

PC-AからPC-Bへ通信する例で、ARPの基本的な流れを確認します。

ARPテーブルとは何か

毎回ARP要求をブロードキャストすると、通信開始までの処理が増え、LAN上の端末も毎回要求を確認しなければなりません。 そこで端末は、ARPで確認したIPアドレスとMACアドレスの対応を一定時間保存します。

動的エントリーは永続保存ではない

ARPで自動的に学習した情報は、通常は一定時間が経過すると削除または再確認されます。 端末の交換や再起動によってMACアドレスとの対応が変わる可能性があるためです。

ARPテーブルに登録があれば、必ず通信できるとは限らない

ARPテーブルに対応関係が残っていても、相手端末が停止していたり、途中のスイッチポートに問題があったりすれば通信できません。 ARPテーブルは「過去に学習した対応情報」であり、現在の到達性を保証するものではありません。

同じネットワークへ送る場合

PC-AとPC-Bが同じIPv4ネットワークに所属している場合、PC-AはPC-B本人のMACアドレスをARPで調べます。

1. サブネットマスクを使い、192.168.1.20が同じネットワークか判断する
2. PC-BのMACアドレスをARPで確認する
3. 宛先MACをPC-B、宛先IPをPC-Bとして送信する

別のネットワークへ送る場合

宛先が別のIPv4ネットワークにある場合、送信元PCは遠隔地のサーバーのMACアドレスをARPで調べません。 代わりに、最初の中継先となるデフォルトゲートウェイのMACアドレスを調べます。

IPパケットの宛先は最終目的地のWebサーバーですが、Ethernetフレームの宛先は、現在のLANで次に渡す相手であるルーターです。

ルーターを越えるとMACアドレスは変わる

ルーターは受信したEthernetフレームをいったん取り外し、次のネットワークへ送るための新しいフレームを作ります。 このため、送信元MACアドレスと宛先MACアドレスはルーターを通過するたびに変わります。

一方、通常の通信では、IPパケットの送信元IPアドレスと宛先IPアドレスは、最終端末間を識別する情報として使われ続けます。 ただし、NATなどでIPアドレスが変換される場合は例外です。

ARPパケットに含まれる主な情報

初級段階ですべてのフィールドを暗記する必要はありません。 ARP要求とARP応答には、主に次の情報が含まれると理解してください。

Gratuitous ARPという使い方もある

通常のARPは、別のIPアドレスに対応するMACアドレスを問い合わせます。 一方、自分のIPアドレスとMACアドレスの対応を周囲へ通知するARPもあり、Gratuitous ARPと呼ばれます。

これは、IPアドレスの重複確認、冗長化機器の切り替え後に周囲のARP情報を更新する場面などで利用されます。 初級では、「問い合わせ以外にも、対応関係を周囲へ知らせる使い方がある」と覚えておけば十分です。

ARPテーブルを確認するコマンド

自分のPCがどのIPアドレスとMACアドレスの対応を覚えているかは、コマンドで確認できます。

Windowsの表示例

この例では、PCが192.168.1.1と192.168.1.20に対応するMACアドレスを記憶しています。

ARPの動きを観察する簡単な手順

1. arp -aで現在のARPテーブルを確認する
2. 同じネットワーク内の端末やデフォルトゲートウェイへpingを実行する
3. もう一度arp -aを実行する
4. 対象IPアドレスのMACアドレスが追加・更新されたか確認する

ARPから考える障害切り分け

ARPを理解すると、「相手のIPアドレスは分かるのに通信できない」という状況を、より具体的に切り分けられます。

最初に、宛先が同じネットワークか確認する

ARP情報を取得できないときの主な確認項目

ARPテーブルの状態から考える

Linuxのip neighなどでは、近隣エントリーがINCOMPLETEやFAILEDのような状態になることがあります。 これは、ARP要求を出したものの、MACアドレスを正常に解決できていない可能性を示します。

ただし、表示状態の名称や更新方法はOSによって異なります。 状態だけで原因を断定せず、IP設定、VLAN、物理接続、相手端末の状態をあわせて確認します。

ARPスプーフィングにも注意する

ARPには、応答内容が正しい相手から送られたかを強く認証する仕組みがありません。 その性質を悪用し、偽のIP・MAC対応を端末へ覚えさせる攻撃は、ARPスプーフィングやARPポイズニングと呼ばれます。

企業ネットワークでは、スイッチのセキュリティ機能、端末保護、通信の暗号化、適切なネットワーク分割などを組み合わせて対策します。 初級では、ARP情報を無条件に信頼する仕組みには弱点があることを知っておきましょう。

ARPに関するよくある勘違い

自分の言葉で説明する課題

最後に、次の質問へ30秒程度で答えてみましょう。