第11回　MACアドレスを解決するARPプロトコル：基礎から学ぶWindowsネットワーク（2/4 ページ）

　TCP/IPにおける「ARP（Address Resolution Protocol。アープ）」プロトコルとは、IPアドレスから物理層のネットワーク・アドレス（MACアドレス）を求めるために利用されるプロトコルのことである（TCP/IP以外でもARPという名称や同様の機能を持つプロトコルは広く使われている）。

　TCP/IPでは、IPアドレスで通信相手を特定し、そのIPアドレスに向けてIPパケットを送信する。もし通信相手が同一ネットワーク上に存在するなら、そのあて先のコンピュータに向けて直接IPパケットを送信するし、そうでない場合はルータ（ゲートウェイ）に向けてIPパケットを送信し、その後のパケットの配送を依頼する。このとき、相手のコンピュータやルータに対してIPパケットを送信するためには、イーサネットなどの下位のネットワーク媒体を使うが、そこではIPアドレスではなく、MACアドレスを使って通信相手を特定している。そのため、例えばイーサネットを使ってパケットを送信するためには、IPアドレスだけでなく、あて先コンピュータのMACアドレスを知る必要がある。これが分からなければ、送信用のイーサネットのフレームを準備できないからだ。そこで必要になるのが、IPアドレスとMACアドレスの対応表であり、これを作成するのがARPプロトコルの役割である。TCP/IPにおける通信では、通信に先立って、ほとんどの場合に必ずこのARPプロトコル・パケットの送受信が行われ、お互いのコンピュータ同士がMACアドレス情報のやりとりを行うことになっている（シリアル回線のように直接相互に接続されているような場合は、通信相手は常に特定されているので、ARPは使われない）。

　TCP/IPはイーサネットやxDSL、光ファイバ、シリアル回線、無線LANなどさまざまなネットワーク媒体上で動作することはすでに述べたとおりである。物理媒体が異なれば、パケットの送受信方法も異なるし、あて先アドレスや送信元アドレスの指定方法なども異なる。ARPプロトコルではこれらの違いを考慮し、どのような物理媒体でも利用できるように作られている。具体的には、長さの異なるMACアドレスに対応できるように、MACアドレスを格納するフィールドは可変長になっている。

　利用する物理媒体に応じてARPパケットの詳細や動作は少しずつ異なるが、例えばイーサネット上のARPの規格はRFC826「An Ethernet Address Resolution Protocol」で規定されている。

ARPプロトコル・パケットの構造

　ARPプロトコルの動作を説明する前に、具体的なARPのパケットの構造を示しておく。パケットの構造は以下の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の間で1回やりとりすることにより、お互いの持つIPアドレスとMACアドレス情報を交換している。

　実際のMACアドレスは物理的なネットワーク媒体によって異なるが、ここではイーサネットの場合を示しておく。イーサネットでは、お互いのコンピュータ（イーサネットでは「ノード」と呼ぶ）を6bytesのMACアドレスで識別している。そのため、以下のARPパケットでは、6bytes（48bit）分のMACアドレスが格納できるようになっている。

ARPパケットの構造
ARPはIPアドレスからMACアドレスを求めるためのプロトコルであり、パケットの内部には送信元とあて先のIPアドレスとMACアドレスを格納するためのフィールドが用意されている。MACアドレスとIPアドレスの格納部分は可変長であり、その長さ（bytes長）はHLENとPLENにそれぞれ書き込まれている。イーサネットの場合はHLENは6である。PLENはIPv4では常に4となっている（IPアドレスは32bit、つまり4bytesだから）。

　各フィールドの意味について説明しておこう。

■ハードウェア種別（0x0001）
　これは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）
　これは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この値は「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4byte（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）
　ここには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要求を送信し、該当するコンピュータがARP応答を返すというふうに動作する。要求とその応答を区別するために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、後述するRARP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以下の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要求もしくはARP要求への応答を送信する側のコンピュータが、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なので、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要求もしくはARP要求への応答を送信する側のコンピュータが、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なので、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、必ず自明なので、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。これに対して、以下の2つのフィールドは、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要求を最初に送信した側）のコンピュータのMACアドレスがセットされるフィールド。

■あて先IPアドレス（4bytes）
　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要求を最初に送信した側）のコンピュータのIPアドレスがセットされる。

　ARPパケットの構造は、以上のように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る。だがイーサネット（およびその互換技術）が広く普及した現在では、ほとんどの場合は上記のような構造のARPパケットを見る機会が多いだろう。