Trong thời đại số hóa, việc liên kết giữa các thiết bị trong mạng là yếu tố quan trọng để đảm bảo thông tin được truyền tải liên tục. Giao thức ARP đóng một vai trò cần thiết trong quá trình này. Mời bạn cùng VinaHost đọc bài viết sau để hiểu thêm về ARP là gì cũng như tầm quan trọng của nó trong việc điều hành và xử lý dữ liệu trên mạng.

1. ARP là gì?

Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) là giao thức mạng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối địa chỉ IP với địa chỉ phần cứng (MAC) trong mạng máy tính. Khi thiết bị cần kết nối với thiết bị khác, ARP sẽ chuyển đổi địa chỉ IP sang địa chỉ MAC tương ứng để đảm bảo liên lạc hiệu quả.

Đây là sự khác biệt giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC:

Địa chỉ IP:

Là địa chỉ logic, có thể thay đổi theo thời gian.
Chiều dài 48-bit trong IPv4, phổ biến nhất hiện nay.
Dùng để định danh thiết bị trên mạng.

Địa chỉ MAC:

Là địa chỉ vật lý, cố định và gắn liền với card mạng.
Chiều dài 32-bit.
Dùng để định danh duy nhất một thiết bị trên mạng.

Xem thêm: Network là gì? | [SO SÁNH] giữa Internet và Network

2. Lịch sử và mục đích ra đời của ARP

Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) được phát triển vào đầu những năm 1980. Mục đích ban đầu của nó là tạo ra một giao thức chung để dịch địa chỉ IP sang địa chỉ MAC trong các mạng IP. Ngày nay, ARP không chỉ được áp dụng rộng rãi trong các mạng Ethernet và WiFi mà còn được mở rộng sang các kiểu mạng khác như ATM, Token Ring, và nhiều mạng vật lý khác.

Qua việc cho phép quản lý liên kết mạng một cách độc lập với các thiết bị vật lý cụ thể đang kết nối, ARP đã tạo điều kiện để giao thức Internet hoạt động một cách hiệu quả hơn, bởi lẽ nó không cần phải tự quản lý các địa chỉ của thiết bị phần cứng hay mạng vật lý.

Xem thêm: Mạng máy tính là gì? Lợi ích và Phân loại Mạng máy tính

3. Ưu điểm của ARP là gì?

Khi đã hiểu rõ về khái niệm ARP là gì thì chúng ta cần biết về các lợi ích của ARP. Điều này giúp bạn khai thác tối đa những ưu điểm này để ứng dụng một cách hiệu quả trong công việc:

Giao thức ARP được trang bị các phương thức bảo mật có tính an toàn cao và được áp dụng phổ biến.
Nhờ vào giao thức ARP, người dùng có khả năng tìm kiếm địa chỉ MAC một cách dễ dàng nếu họ đã biết địa chỉ IP trong cùng một hệ thống.
Các end node không cần được cài đặt sẵn các địa chỉ MAC. Chúng sẽ được phát hiện khi cần.
ARP được thiết kế để cho phép tất cả các host trên mạng cung cấp cho người dùng khả năng tạo ra một sự ánh xạ giữa địa chỉ vật lý và địa chỉ IP.
Bảng ARP, hay còn gọi là ARP cache, chứa tất cả các ánh xạ hoặc bảng địa chỉ được lưu trữ trên host.

4. Ví dụ về ARP

Dưới đây là ví dụ để bạn hiểu rõ hơn ARP là gì.

Khi có hai máy tính với các địa chỉ IP và MAC tương ứng của chúng, và muốn thực hiện lệnh ping từ máy tính H1 sang H2 nhưng lúc này thì bảng ARP chưa chứa bất kỳ thông tin nào. Bước đầu tiên trong quá trình này là H1 sẽ phát ra một yêu cầu ARP.

Cụ thể, yêu cầu ARP này tìm kiếm máy nào đang sở hữu địa chỉ IP 192.168.1.2 và yêu cầu địa chỉ MAC tương ứng. Do chưa biết địa chỉ MAC của máy đích, địa chỉ MAC dùng để broadcast là FF:FF:FF:FF:FF:FF sẽ được dùng, và tin nhắn này sẽ được gửi đến tất cả các máy trong mạng.

Máy H2 sau đó sẽ phản hồi với một ARP Reply, bao gồm địa chỉ MAC của nó. Tại thời điểm này, H1 sẽ cập nhật bảng ARP của mình bằng cách thêm vào địa chỉ MAC của H2, và sau đó, H1 sẽ bắt đầu truyền dữ liệu tới H2.

Qua ví dụ trên có lẽ cũng đã giúp bạn hiểu rõ hơn về định nghĩa ARP là gì. Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về các loại giao thức ARP phổ biến hiện nay nhé!

Xem thêm: Mô hình OSI là gì? | Vai trò và Chức năng của 7 tầng OSI

5. Các loại giao thức ARP phổ biến

Giao thức ARP được chia thành 5 dạng cơ bản:

5.1. Basic ARP

Basic ARP là gì? ARP cơ bản là phiên bản ARP được ứng dụng rộng rãi nhất, chủ yếu dùng để chuyển đổi địa chỉ IP thành địa chỉ MAC trong cùng một mạng LAN. Cơ chế hoạt động của ARP cơ bản bao gồm hai giai đoạn chính: việc gửi đi yêu cầu ARP (ARP request) và việc tiếp nhận phản hồi ARP (ARP reply).

5.2. Proxy ARP

Proxy ARP là thiết bị ở Layer 3 (như router) có khả năng trả lời yêu cầu ARP. Điều này cho phép router đáp lại yêu cầu ARP bằng cách cung cấp địa chỉ MAC của mình như là địa chỉ đích, giúp hình thành một cầu nối giữa người gửi và địa chỉ IP đích.

5.3. Gratuitous ARP

Gratuitous ARP là một loại yêu cầu ARP đặc biệt do host gửi ra, giúp phát hiện xung đột địa chỉ IP trong mạng. Thông qua việc gửi yêu cầu này mà không nhận được phản hồi ARP, mạng có thể nhận diện được rằng không có thiết bị nào khác đang sử dụng địa chỉ IP đó, từ đó đảm bảo tính độc nhất của địa chỉ IP được cấp cho router hoặc switch.

Xem thêm: Mạng MAN là gì | Tổng hợp kiến thức [A-Z] về mạng MAN

5.4. Reverse ARP

Reverse ARP là gì? Đó là giao thức cho phép các máy khách trong LAN yêu cầu địa chỉ IPv4 của mình thông qua bảng ARP trên router. Quản trị viên mạng thường cài đặt một bảng trong cổng gateway-router để liên kết địa chỉ MAC với địa chỉ IP tương ứng.

5.5. Inverse ARP

InARP (Inverse ARP) là giao thức cho phép tìm kiếm địa chỉ IP của node dựa trên địa chỉ lớp liên kết dữ liệu của nó. InARP thường được ứng dụng trong mạng chuyển mạch khung ATM, nơi địa chỉ mạch ảo Layer 2 được xác định thông qua tín hiệu của Layer 2.

Xem thêm: Mạng WAN là gì | Tổng hợp kiến thức [A-Z] về mạng WAN

6. Thành phần của ARP

Các thành phần cơ bản của ARP bao gồm 5 yếu tố sau:

6.1. Địa chỉ IP

Đây là địa chỉ lớp 3 được sử dụng để xác định các thiết bị trong mạng IP. Có hai dạng chính của địa chỉ IP là IPv4 và IPv6, mỗi loại có cấu trúc và độ dài khác nhau.

6.2. Địa chỉ MAC

Đây là địa chỉ lớp 2, được chỉ định cho card mạng của mọi thiết bị. Địa chỉ MAC dài 48 bit và thường được biểu diễn dưới dạng hexa 12 ký tự.

6.3. Bản tin ARP request

Là bản tin do thiết bị gửi đi nhằm yêu cầu thông tin địa chỉ MAC của thiết bị mục tiêu. Bản tin này được phát sóng tới tất cả các thiết bị trong mạng. Nó bao gồm thông tin như địa chỉ IP và MAC của thiết bị yêu cầu, địa chỉ IP mục tiêu, loại giao thức (0x0806 cho ARP), loại phần cứng (1 cho Ethernet), loại yêu cầu (1 cho yêu cầu), và kích thước của địa chỉ IP và MAC.

6.4. Bản tin ARP reply

Là bản tin phản hồi từ thiết bị mục tiêu về thiết bị yêu cầu, cung cấp địa chỉ MAC của mình. Bản tin này được gửi một cách riêng tư tới thiết bị yêu cầu. Thông tin trong bản tin bao gồm địa chỉ IP và MAC của thiết bị mục tiêu, địa chỉ IP và MAC của thiết bị yêu cầu, loại giao thức (0x0806 cho ARP), loại phần cứng (1 cho Ethernet), loại yêu cầu (2 cho phản hồi), và kích thước của địa chỉ IP và MAC.

Xem thêm: WLAN là gì? | Tổng quan kiến thức [A-Z] về mạng WLAN

7. Vai trò của ARP là gì?

Vai trò của giao thức ARP cụ thể như sau:

ARP giúp quản lý liên kết mạng mà không cần phụ thuộc vào các thiết bị cụ thể nào đang được kết nối với mạng.
Thông qua việc chuyển đổi giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC, ARP đảm bảo rằng thiết bị trong mạng có thể liên lạc với nhau một cách suôn sẻ.
ARP còn có khả năng cho phép các thiết bị thông báo lẫn nhau về việc thay đổi địa chỉ IP hay MAC thông qua việc gửi và nhận các gói tin ARP request hoặc reply.

8. Nguyên lý hoạt động của ARP

Quy trình của giao thức ARP bắt đầu khi một thiết bị trong mạng IP muốn gửi gói tin. Điều đầu tiên cần làm là xác định liệu địa chỉ IP mục tiêu có nằm trong cùng mạng nội bộ với thiết bị này hay không. Nếu câu trả lời là có, thiết bị sẽ trực tiếp gửi gói tin đến đích.

Nếu địa chỉ IP mục tiêu lại thuộc về một mạng khác, gói tin cần được chuyển đến router nội bộ, và từ đó, router sẽ chịu trách nhiệm chuyển gói tin đến đích.

Khi gửi gói tin trong cùng một mạng, Switch sẽ dựa vào địa chỉ MAC để xử lý việc này. Gói tin cần được đóng gói đúng cách trước khi quá trình ARP được khởi động.

Trong mạng IPv4, các hệ điều hành thường giữ một cache ARP. Khi có nhu cầu gửi gói tin tới một thiết bị khác trong mạng LAN, việc sử dụng địa chỉ MAC là cần thiết. Trước khi điều này xảy ra, ARP sẽ kiểm tra cache để xem địa chỉ MAC tương ứng đã được lưu trữ sẵn hay chưa.

ARP hoạt động dựa trên cơ chế yêu cầu/đáp ứng giữa các thiết bị nhằm xác định địa chỉ phần cứng dựa trên địa chỉ IP nguồn. Thiết bị gửi yêu cầu sẽ thực hiện điều này thông qua việc phát một bản tin broadcast trên mạng nội bộ. Thiết bị nhận được yêu cầu sẽ gửi lại thông tin qua một bản tin unicast, cung cấp thông tin cần thiết cho thiết bị yêu cầu.

Dựa trên thông tin đã trình bày, ta có cái nhìn toàn diện về quy trình hoạt động và vai trò quan trọng của ARP trong cấu trúc mạng.

9. Giao thức mạng ARP hoạt động gồm mấy bước?

Quy trình các bước hoạt động của giao thức ARP:

Bước 1: Source Device Checks Cache

Ở bước đầu tiên, thiết bị sẽ kiểm tra bộ nhớ cache của mình để tìm xem địa chỉ IP đích đã được liên kết với địa chỉ MAC nào chưa. Nếu kết quả tìm thấy, hệ thống chuyển ngay đến bước cuối cùng.

Bước 2: Source Device Generates ARP Request Message

Hệ thống tiến hành tạo ra một gói tin ARP Request, chứa thông tin địa chỉ cần tìm.

Bước 3: Source Device Broadcasts ARP Request Message

Thiết bị nguồn sẽ gửi gói tin ARP Request ra toàn bộ mạng.

Bước 4: Local Devices Process ARP Request Message

Mọi thiết bị nhận được gói tin ARP Request sẽ kiểm tra địa chỉ IP mục tiêu trong gói tin. Nếu khớp với địa chỉ IP của chính mình, thiết bị sẽ xử lý gói tin; nếu không, gói tin sẽ bị loại bỏ.

Bước 5: Destination Device Generates ARP Reply Message

Thiết bị có địa chỉ IP khớp với địa chỉ IP mục tiêu trong gói tin ARP Request sẽ tạo một gói tin ARP Reply. Thiết bị này sẽ đặt địa chỉ MAC của mình vào trường Sender Hardware Address.

Bước 6: Destination Device Updates ARP Cache

Thiết bị đích sẽ cập nhật bảng cache ARP với địa chỉ IP và MAC của thiết bị nguồn, nhằm giảm thời gian xử lý cho những lần liên lạc tiếp theo.

Bước 7: Destination Device Sends ARP Reply Message

Sau đó, thiết bị đích sẽ gửi gói tin ARP Reply đã tạo về cho thiết bị nguồn.

Bước 8: Source Device Processes ARP Reply Message

Khi nhận được gói tin Reply, thiết bị nguồn sẽ xử lý nó bằng cách lưu trữ địa chỉ MAC của thiết bị đích vào bộ nhớ cache của mình.

Bước 9: Source Device Updates ARP Cache

Cuối cùng, thiết bị nguồn cập nhật bảng ARP cache của mình với mối liên hệ mới giữa địa chỉ IP và địa chỉ MAC của thiết bị đích, giúp quá trình truyền tin sau này trở nên nhanh chóng hơn mà không cần phải thực hiện request.

Xem thêm: OSPF là gì? Ưu, Nhược điểm và cách cấu hình OSPF

10. Những rủi ro về bảo mật khi sử dụng giao thức ARP

Ngoài những lợi ích mà giao thức ARP mang lại, chúng cũng tiềm ẩn một số rủi ro nhất định như:

10.1. ARP cache poisoning

ARP cache poisoning là một kỹ thuật tấn công cho phép kẻ xâm nhập gửi tin nhắn ARP reply giả mạo tới một máy trong mạng với một địa chỉ MAC không hợp lệ. Kết quả là máy này sẽ cập nhật ARP cache của mình với địa chỉ MAC không chính xác.

Khi các máy khác trong mạng cố gắng liên lạc với địa chỉ IP liên kết với địa chỉ MAC giả mạo, thông tin sẽ được chuyển thẳng đến hacker thay vì máy đích thực sự. Điều này tạo cơ hội cho việc đánh cắp thông tin và chiếm đoạt dữ liệu trên mạng.

Một số biện pháp bảo vệ chống lại các cuộc tấn công ARP spoofing bao gồm giám sát bộ nhớ đệm ARP và thiết lập thời gian hết hạn cho bộ nhớ đệm ARP. Giám sát bộ nhớ đệm ARP giúp phát hiện những bản ghi đáng ngờ, từ đó hạn chế khả năng tấn công ARP spoofing.

Thiết lập thời gian hết hạn cho các bản ghi trong bộ nhớ đệm ARP giúp loại bỏ các bản ghi sau một khoảng thời gian nhất định. Biện pháp này giảm thiểu ảnh hưởng của tấn công ARP spoofing và tăng cường bảo mật cho mạng.

10.2. Vấn đề về hiệu suất mạng

Sử dụng giao thức ARP có thể dẫn đến các vấn đề về hiệu suất mạng do yêu cầu truyền tin giữa các thiết bị để chuyển đổi từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC và ngược lại.

Điều này có thể trở nên phức tạp trong một mạng có số lượng lớn thiết bị và lưu lượng truy cập cao, khiến tốc độ truyền dữ liệu giảm sút và ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của mạng.

11. Mối quan hệ của ARP – DHCP – DNS

Để bảo vệ quyền lợi cá nhân và tăng cường an toàn cho người sử dụng, địa chỉ IP thường xuyên được cập nhật. Quá trình này không diễn ra một cách tùy ý mà tuân theo một bộ quy định cụ thể để tránh xảy ra tình trạng trùng lặp địa chỉ IP giữa các thiết bị.

Quy trình này được điều chỉnh bởi DHCP – Giao thức cấu hình động máy chủ, một hệ thống quản lý việc phân phối địa chỉ IP linh hoạt.

Trong khi đó, khi người dùng muốn truy cập thông tin trên mạng, họ thường nhập vào các từ khóa dễ nhớ thay vì các chuỗi số địa chỉ IP khó ghi nhớ mà máy tính sử dụng để thiết lập kết nối với các trang web hoặc server.

Để giải quyết vấn đề này, hệ thống DNS – Hệ thống Tên Miền, được phát triển. Nó giúp chuyển đổi giữa địa chỉ IP và tên miền, làm cầu nối giữa người dùng và máy tính, cho phép kết nối mạng được thực hiện một cách suôn sẻ.

Xem thêm: DHCP là gì | Cập nhập kiến thức mới về giao thức DHCP

12. Tổng kết

Hy vọng qua bài viết trên, bạn đã hiểu giao thức ARP là gì cùng với đó là các giao thức mạng liên quan giúp các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua địa chỉ IP. Nếu bạn còn thắc mắc hay thấy bài viết hữu ích hãy nhớ theo dõi VinaHost để cập nhật thêm nhiều thông tin mới nhất. VinaHost có nhiều bài viết theo các chủ đề khác nhau mời bạn đọc tìm hiểu bằng cách truy cập vào Blog của chúng tôi TẠI ĐÂY nhé hoặc liên hệ ngay cho chúng tôi nếu cần tư vấn về dịch vụ.