ARP(Address Resolution Protocol)

🤔 ARP란?

데이터 통신을 위해서는 물리적 주소인 MAC 주소와 논리적 IP 주소 두 개가 사용된다. IP 주소와 NIC에 할당된 MAC 주소는 연관성이 없기 때문에, 둘을 연계시키기 위해 ARP라는 프로토콜을 사용한다.

 

호스트에서 통신할 때 출발지와 목적지 IP 주소는 알 수 있지만, 상대방의 MAC 주소를 알 수 없어 2계층 캡슐화를 수행할 수 없다. 상대방의 MAC 주소를 알아내려면 ARP 브로드캐스트를 이용해 네트워크 전체에 상대방의 MAC 주소를 질의해야 한다. ARP 브로드캐스트를 받은 목적지는 ARP 프로토콜을 이용해 자신의 MAC 주소를 응답한다. 해당 작업이 완료되면 출발지 호스트와 목적지 모두 상대방에 대한 MAC 주소를 학습하게 되고, 2계층 캡슐화가 되어 패킷을 전달할 수 있게 된다.

 

패킷 네트워크에서는 하나의 목적지로 분할된 연속적인 패킷들을 전송한다. 전송 시마다 ARP 브로드캐스트를 수행하는 것은 네트워크 통신의 효율성을 떨어트리므로 메모리에 ARP 테이블을 두고 정보를 재사용한다. 논리 주소는 유동적이기 때문에 일정 시간 동안 통신이 이루어지지 않으면 테이블에 정보를 유지하지 않고 삭제한다.

⚡️ ARP 공격

네트워크 장비에서 ARP 작업은 CPU에서 직접 수행하는 작업이므로 많은 ARP 요청은 큰 부하로 작용한다. 이런 공격에 대응하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

• ARP 테이블 저장 기간을 일반 PC보다 길게 설정한다
• 많은 ARP 요청이 들어오면 이를 필터링하거나 천천히 처리한다
• ARP 테이블을 수동으로만 갱신하도록 설정한다

ARP의 동작 방식

ARP 프로토콜 필드

ARP 패킷에는 송신자 하드웨어 MAC 주소, 송신자 IP 프로토콜 주소, 송신자 MAC 주소, 대상자 IP 프로토콜 주소와 같은 필드들이 있다.

MAC 주소를 모르는 경우

호스트A가 호스트B로 데이터를 전송하려고 할 때, 목적지 MAC 주소를 모르기 때문에 정상적으로 패킷을 만들 수 없다. 호스트A는 호스트B의 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP 요청을 네트워크에 브로드캐스트한다. 이때 목적지 MAC 주소는 브로드캐스트(FF-FF-FF-FF-FF-FF)로 지정하고, ARP 프로토콜 필드의 대상자 MAC 주소는 00-00-00-00-00-00으로 채운다.

 

이 ARP 패킷을 수신한 모든 단말은 ARP 프로토콜 필드의 대상자 IP가 자신과 일치하는지 확인해 자신이 아니면 패킷을 버린다. 호스트B는 자신이 대상자 IP를 가졌으므로 요청을 처리하고 응답을 보낸다. 이때 호스트B는 ARP 패킷에 담긴 호스트A의 정보를 이용해 대상자 MAC, IP 주소를 모두 채우고 자신의 MAC과 IP 주소 정보를 송신자에 채워 응답한다. 당연하게도 모든 정보가 채워졌지 때문에 응답 시 보내는 ARP 패킷은 브로드캐스트가 아닌 유니캐스트이다.

 

호스트A는 ARP 응답을 받아 자신의 ARP 캐시 테이블을 갱신한다. 이 ARP 캐시 테이블은 정해진 시간 동안 B와의 통신이 없을 때까지 유지되며, 통신이 다시 이루어지면 시간은 다시 초기화된다. ARP 캐시 테이블이 업데이트된 후에는 B의 MAC 주소를 알고 있으므로 도착지 MAC 주소 필드를 완성해 패킷을 전송할 수 있다.

 

GARP(Gratuitous ARP)

GARP는 특별한 유형의 ARP 메시지로, 한 호스트가 네트워크 상의 다른 호스트들에게 자신의 IP 주소와 MAC 주소를 능동적으로 알리기 위해 사용된다. GARP는 특정 요청에 대한 응답으로 보내지는 것이 아니라, 네트워크 상의 다른 장치들에게 정보를 "무료로(Gratuitous)" 제공한다. 

 

상대방의 MAC 주소를 알아내기 위한 ARP와 달리, GARP는 자신의 IP와 MAC 주소를 알릴 목적으로 사용되기 때문에 필드에 데이터를 조금 다른 방식으로 채운다. 우선 송신자 정보는 모두 자신의 정보로 채우고 대상자 IP는 자신의 주소 또한 자신의 IP를 입력한 후, 대상자 MAC은 00-00-00-00-00-00으로 설정한다. GARP를 이용해 동일 네트워크에 자신의 IP와 MAC 주소를 알리는 이유는 다음과 같다.

1. IP 주소 충돌 감지
2. MAC 주소 변경 알림(상대방의 ARP 테이블 갱신)
3. 네트워크 장비의 빠른 복구

1. IP 주소 충돌 감지

IP 주소는 유일하게 할당되어야 하는 값이지만, 여러 이유로 IP 충돌이 일어날 수 있다. 이로 인한 통신 문제를 예방하기 위해, 자신에게 할당된 IP가 네트워크에서 사용되고 있는지 GARP를 통해 확인할 수 있다. 만약 네트워크 상에서 다른 장치가 같은 IP 주소를 사용하고 있다면, GARP에 대한 응답이 온다.

 

2. MAC 주소 변경 알림

네트워크 상의 장치가 자신의 MAC 주소를 변경했을 때, GARP 메시지를 전송해 변경된 MAC 주소 정보를 네트워크 상의 다른 장치들에게 즉시 알린다. 이는 스위치와 같은 네트워크 장비가 MAC 주소 테이블을 최신 상태로 유지하는 데 도움이 된다.

 

3. 네트워크 장비의 빠른 복구

네트워크 장비 또는 서버가 장애로 인해 다운되었다가 복구될 때, GARP 메시지를 사용하여 자신의 존재를 네트워크에 알리고, 데이터 흐름을 다시 자신에게로 유도할 수 있으며, 이는 네트워크의 복구 시간을 단축시킨다.

 

RARP(Reverse ARP)

RARP는 네트워크 상에서 호스트의 MAC 주소를 바탕으로 IP 주소를 찾아내는 프로토콜이다. ARP가 IP를 알고 있는 상태에서 해당 주소를 가진 장치의 MAC 주소를 찾는 것이 목적이라면, RARP는 그 반대 작업을 수행한다. 자신의 MAC 주소는 알지만 IP가 아직 할당되지 않아 IP를 할당해 주는 서버에 어떤 IP 주소를 써야 하는지 물어볼 때 사용된다. 이 프로토콜은 과거에 네트워크 호스트의 주소 할당에 사용되었지만, 브로드캐스트로 네트워크 트래픽을 증가시키고 단일 네트워크 세그먼트 내에서만 작동한다는 단점으로 DHCP와 같은 더 진보된 프로토콜에 의해 대체되었다.