يشكل بروتوكول (ARP) اختصارًا لـ Address Resolution Protocol أحد الركائز الأساسية في عمل الشبكات الحاسوبية. بالرغم من أنه قد يبدو للبعض مجرد جزء بسيط من بنية الشبكة، إلا أن وظيفته لا غنى عنها في ضمان التواصل السلس بين الأجهزة المتصلة. يعتمد ARP على أداء مهمة حيوية تتمثل في ترجمة العناوين المنطقية (IP Address) إلى عناوين فعلية (MAC Address)، مما يسهم في ربط الأجهزة على مستوى الطبقة الفيزيائية.

في هذا المقال سنقدم شرحًا شاملًا وموسعًا لبروتوكول ARP يشمل تعريفه، آلية عمله، أهميته، أنواعه، المزايا والعيوب، بالإضافة إلى التحديات التي تواجهه وسبل تحسينه، وذلك في إطار أكاديمي علمي مفصل يغطي جميع الجوانب المتعلقة بهذا البروتوكول.

---

تعريف بروتوكول ARP

ما هو ARP؟

ARP هو بروتوكول يعمل في الطبقة الثالثة (Network Layer) من نموذج OSI ويُستخدم لتحويل العناوين المنطقية الخاصة بـ IP إلى العناوين الفيزيائية (MAC Address) المطلوبة لنقل البيانات عبر الشبكة المحلية (LAN). يتم استخدام ARP بشكل رئيسي في شبكات IPv4 حيث يقوم بإرسال طلبات واستقبال استجابات عبر بث رسائل ARP Request و ARP Reply.

---

أهمية بروتوكول ARP

1. الربط بين الطبقات الشبكية: يعد ARP الجسر الذي يربط بين الطبقة الثالثة (Network Layer) والطبقة الثانية (Data Link Layer) في نموذج OSI. حيث يعتمد عليه الموجهون (Routers) والمبدلات (Switches) لضمان الوصول الصحيح للبيانات.
2. التواصل داخل الشبكات المحلية: يعد ARP ضروريًا لضمان تواصل الأجهزة ضمن الشبكة المحلية، مثل الطابعات، الحواسيب، والخوادم.
3. دوره في بروتوكول الإنترنت (IPv4): في حين أن بروتوكول IPv6 يستخدم بروتوكولًا مشابهًا يسمى Neighbor Discovery Protocol (NDP)، إلا أن ARP يبقى العمود الفقري لشبكات IPv4.
4. تحسين كفاءة الشبكات: بفضل عمله كوسيط، يسهم ARP في تحسين الأداء عن طريق تقليل الوقت المطلوب للبحث عن العناوين الفيزيائية للأجهزة.

---

كيفية عمل بروتوكول ARP

الخطوات الأساسية لعملية ARP:

1. إرسال طلب ARP (ARP Request): عندما يحتاج جهاز لإرسال بيانات إلى جهاز آخر داخل نفس الشبكة المحلية، يقوم ببث طلب ARP يحتوي على عنوان IP الخاص بالجهاز الهدف.
2. رد ARP (ARP Reply): يستجيب الجهاز الهدف بإرسال رد يحتوي على عنوانه الفيزيائي (MAC Address) إلى الجهاز المصدر.
3. تحديث جدول ARP: يتم تخزين المعلومات المستلمة (IP و MAC) في ذاكرة تخزين مؤقتة (ARP Cache) لتجنب الحاجة لإعادة الطلب مستقبلًا.

الجدول التالي يوضح آلية طلب واستجابة ARP:

الخطوة	الوصف
طلب ARP	جهاز A يرسل بثًا لجميع الأجهزة في الشبكة المحلية
استجابة ARP	الجهاز الهدف (جهاز B) يرد بعنوان MAC الخاص به
التحديث	جهاز A يخزن العنوان في ذاكرة ARP Cache

---

أنواع بروتوكول ARP

1. Proxy ARP

يسمح هذا النوع لجهاز واحد بالرد على طلبات ARP نيابة عن جهاز آخر. يُستخدم غالبًا في الشبكات المعقدة.

2. Gratuitous ARP

يُستخدم عندما يريد جهاز التحقق من تكرار عنوان IP الخاص به على الشبكة.

3. Reverse ARP (RARP)

يعمل بالعكس تمامًا، حيث يتم تحويل العنوان الفيزيائي (MAC) إلى عنوان منطقي (IP).

4. Inverse ARP (InARP)

يُستخدم لاكتشاف العناوين المنطقية في الشبكات التي تعتمد على تقنيات مثل Frame Relay.

---

فوائد بروتوكول ARP

1. سهولة التشغيل: ARP يعمل بشكل تلقائي دون الحاجة إلى تدخل المستخدم.
2. تقليل زمن التأخير: تخزين البيانات في ARP Cache يقلل من زمن الاستجابة.
3. بساطة التصميم: ARP يتمتع بتصميم بسيط، مما يجعله فعالًا وسهل التطبيق.

---

عيوب وتحديات بروتوكول ARP

1. الاعتماد على البث: طلبات ARP يتم إرسالها كرسائل بث مما قد يؤدي إلى ازدحام الشبكة.
2. عدم الأمان: ARP يعاني من ثغرات أمنية مثل ARP Spoofing، مما يعرض الشبكات لهجمات.
3. محدودية التوسع: ARP مصمم للشبكات المحلية، مما يجعله أقل فعالية في الشبكات الكبيرة.

---

التحديات الأمنية

تعد الهجمات الأمنية مثل انتحال ARP (ARP Spoofing) واحدة من أبرز التحديات التي تواجه البروتوكول، حيث يقوم المهاجم بإرسال ردود ARP مزيفة لخداع الأجهزة وتوجيه البيانات إلى وجهة غير صحيحة.

طرق الحماية:

• استخدام بروتوكول أمني مثل DHCP Snooping.
• تفعيل ARP Inspection الديناميكي (DAI) على الأجهزة الشبكية.
• استخدام جدران حماية متقدمة.

---

مقارنة بين ARP و NDP

العامل	ARP	NDP
الاستخدام	IPv4	IPv6
الموثوقية	أقل	أكثر
الأمان	معرض لهجمات Spoofing	أكثر أمانًا بفضل استخدام IPsec

---

استنتاج

يشكل بروتوكول ARP حجر الزاوية في شبكات IPv4، حيث يتيح التواصل الفعال بين الأجهزة عبر ترجمة العناوين المنطقية إلى فيزيائية. ورغم التحديات الأمنية التي يواجهها، يبقى ARP عنصرًا أساسيًا لا يمكن الاستغناء عنه في بنية الشبكات.

تلخيص

هو أول بروتوكول على مستوى الشبكة هو بروتوكول تحليل العنوان (ARP). يترجم ARP بشكل ديناميكي عناوين الإنترنت إلى عناوين الأجهزة الفريدة على شبكات المنطقة المحلية.

لتوضيح كيفية عمل ARP ، ضع في اعتبارك عقدتين ، X و Y. إذا كانت العقدة X ترغب في الاتصال بـ Y ، و X و Y على شبكات محلية (LAN) مختلفة ، فإن X و Y يتواصلان من خلال الجسور أو أجهزة التوجيه أو البوابات ، باستخدام عناوين الانترنت بروتوكول. داخل شبكة LAN ، تتواصل العقد باستخدام عناوين أجهزة منخفضة المستوى.

تستخدم العقد الموجودة في نفس المقطع من نفس الشبكة المحلية ARP لتحديد عنوان الأجهزة للعقد الأخرى. أولاً ، تبث العقدة X طلب ARP لعنوان جهاز العقدة Y. يحتوي طلب ARP على عناوين IP والأجهزة الخاصة بـ X وعنوان IP الخاص بـ Y. عندما يتلقى Y طلب ARP ، فإنه يضع إدخالاً لـ X في ذاكرة التخزين المؤقت لـ ARP (والتي تُستخدم للتعيين بسرعة من عنوان IP إلى عنوان الجهاز) ، ثم يستجيب مباشرةً لـ X باستجابة ARP التي تحتوي على عناوين IP الخاصة بـ Y وعناوين الأجهزة. عندما تتلقى العقدة X استجابة ARP الخاصة بـ Y ، فإنها تضع إدخالاً لـ Y في ذاكرة التخزين المؤقت ARP الخاصة بها.

بمجرد وجود إدخال ذاكرة التخزين المؤقت ARP عند X لـ Y ، تكون العقدة X قادرة على إرسال الحزم مباشرة إلى Y دون اللجوء مرة أخرى إلى ARP (ما لم يتم حذف إدخال ذاكرة التخزين المؤقت ARP لـ Y ، وفي هذه الحالة يتم إعادة استخدام ARP للاتصال بـ Y).

على عكس معظم البروتوكولات ، لا تحتوي حزم ARP على رؤوس ذات تنسيق ثابت. بدلاً من ذلك ، تم تصميم الرسالة لتكون مفيدة مع مجموعة متنوعة من تقنيات الشبكة ، مثل:

1- محول إيثرنت LAN (يدعم كلاً من بروتوكولات إيثرنت و 802.3)
2- محول الشبكة Token-ring
2- محول شبكة واجهة البيانات الموزعة بالألياف (FDDI)

ومع ذلك ، لا يترجم ARP عناوين بروتوكول واجهة الخط التسلسلي (SLIP) أو محول القناة الضوئية التسلسلي (SOC) ، لأن هذه اتصالات من نقطة إلى نقطة.
تحتفظ النواة بجداول الترجمة ، ولا يتوفر ARP مباشرة للمستخدمين أو التطبيقات. عندما يرسل أحد التطبيقات حزمة إنترنت إلى أحد برامج تشغيل الواجهة ، يطلب برنامج التشغيل تعيين العنوان المناسب. إذا لم يكن التعيين موجودًا في الجدول ، فسيتم إرسال حزمة بث ARP من خلال برنامج تشغيل واجهة الطلب إلى المضيفين على شبكة المنطقة المحلية.
يتم حذف الإدخالات في جدول تعيين ARP بعد 20 دقيقة ؛ يتم حذف الإدخالات غير المكتملة بعد 3 دقائق. لعمل إدخال دائم في جداول تعيين ARP ، استخدم الأمر arp مع المعلمة pub:

arp -s 802.3 host2 0: dd: 0: a: 8s: 0 pub

عندما يتلقى أي مضيف يدعم ARP حزمة طلب ARP ، يلاحظ المضيف عناوين IP والأجهزة للنظام الطالب ويقوم بتحديث جدول التعيين الخاص به ، إذا لزم الأمر. إذا كان عنوان IP للمضيف المستلم لا يتطابق مع العنوان المطلوب ، يتجاهل المضيف حزمة الطلب. في حالة تطابق عنوان IP ، يرسل المضيف المستلم حزمة استجابة إلى النظام الطالب. يقوم النظام الطالب بتخزين التعيين الجديد ويستخدمه لإرسال أي حزم إنترنت معلقة مماثلة.

الخلاصة

هو اختضار لـ Address Resolution Protocol، ويُستخدم هذا البروتوكول لمعرفة عنوان الـ Mac عن طريق الـ IP المخصص لجهاز آخر متصل عبر الشبكة.

 

▫ مثال لتوضيح

لدينا الأجهزة التالية: A, B, C and D.
الجهاز A يُريد الاتصال بالجهاز B، لكن عليه معرفة عُنوان الـ Mac الخاص بالجهاز B حتى تتم العملية، وهذا يتم عن طريق الـ ARP.
هُنا يقوم الجهاز A بإرسال Request للــ ARP بصيغة : FF:FF:FF:FF:FF مع عنوان الـ IP الخاص بالجهاز B، فيُرسل Broadcast (الـ Broadcast هي الإرسال من نقطة “جهاز” إلى عدة نقاط “أجهزة”)، هذا الــ Broadcast يصل إلى جميع الأجهزة المرتبكة طبعاً، لكن يستقبله الجهاز B وترفضه باقي الأجهزة وتتجاهله، ثم يرد B على الجهاز A ويُرسل له عنوان الـ Mac خاصته.

 

المراجع

1. “Computer Networking: Principles, Protocols, and Practice” by Olivier Bonaventure.
2. “Data Communication and Networking” by Behrouz A. Forouzan.
3. RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol.