Address Resolution Protocol (ARP)

1. Fundamentos: Tipos de Comunicación en Red

Métodos de transmisión de un host en una red local:

• Unicast: Comunicación punto a punto (un emisor a un receptor específico).
• Multicast: Comunicación punto a multipunto (un emisor a un grupo suscrito).
• Broadcast (Difusión): Envío desde un host hacia todos los dispositivos de la misma red física (dirección IP 255.255.255.255 o MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF). Se procesa obligatoriamente por todas las NICs de la red.

2. ¿Qué es el Protocolo ARP?

El Address Resolution Protocol (ARP) permite asociar una dirección IP (Capa 3 / Lógica) con una dirección MAC (Capa 2 / Física) dentro de un mismo dominio de difusión Ethernet.

3. Rol de la Tarjeta de Red (NIC) y Trama Ethernet

Las aplicaciones operan con direccionamiento IP, pero la entrega de marcos en la red local se realiza a través de las direcciones MAC procesadas por la NIC.

4. La Tabla Caché ARP

Los sistemas operativos almacenan dinámicamente las entradas IP-MAC aprendidas en la memoria RAM para optimizar el tráfico de red:

• Dinámicas: Aprendidas automáticamente mediante respuestas ARP; poseen tiempo de vida (TTL).
• Estáticas: Configuradas manualmente; persisten en la tabla de cómputo.

+------------------+-------------------+---------------+------------+
| Dirección IP     | Dirección MAC      | Tipo          | Estado     |
+------------------+-------------------+---------------+------------+
| 192.168.1.1      | 00-11-22-33-44-55 | Estática      | Permanente |
| 192.168.1.20     | 00-11-22-AA-BB-CC | Dinámica      | Activa     |
| 192.168.1.30     | 3C-D9-2B-10-4F-A2 | Dinámica      | Activa     |
| 255.255.255.255  | FF-FF-FF-FF-FF-FF | Estática      | Permanente |
+------------------+-------------------+---------------+------------+

5. Proceso de Mapeo de Direcciones

1. Consulta de Caché Local: El host origen busca la IP destino en su tabla ARP.
2. Solicitud ARP (Broadcast): Si no existe el registro, envía un ARP Request con dirección MAC de destino FF:FF:FF:FF:FF:FF.
3. Inundación por el Switch: El switch retransmite la trama por todos los puertos activos del dominio de colisión/VLAN.
4. Filtrado e Identificación: Los hosts descartan la trama salvo el equipo que posee la IP solicitada.
5. Respuesta ARP (Unicast): El host destino responde con un ARP Reply dirigido explícitamente a la MAC del emisor.
6. Actualización de Caché y Transmisión: El origen actualiza su tabla ARP y conmuta el tráfico de datos por unicast.

6. Estructura del Mensaje ARP (RFC 826)

Formato del paquete de datos ARP (28 bytes sobre encabezado Ethernet):

+-----------------------------------+-----------------------------------+
| Tipo Hardware: Ethernet (0x0001)  | Tipo Protocolo: IPv4 (0x0800)    |
+-----------------------------------+-----------------------------------+
| Tamaño MAC: 6 Bytes                | Tamaño IP: 4 Bytes                |
+-----------------------------------+-----------------------------------+
| Opcode: 1 (Request / Pregunta) / 2 (Reply / Respuesta)                 |
+-----------------------------------------------------------------------+
| MAC Emisor (SHA) - [6 Bytes]                                       |
+-----------------------------------------------------------------------+
| IP Emisor (SPA) - [4 Bytes]                                        |
+-----------------------------------------------------------------------+
| MAC Destino (THA) - [6 Bytes] (00:00:00:00:00:00 en Request)         |
+-----------------------------------------------------------------------+
| IP Destino (TPA) - [4 Bytes]                                       |
+-----------------------------------------------------------------------+

7. Variaciones del Protocolo ARP

• Gratuitous ARP (GARP): Mensaje de difusión no solicitado utilizado para anunciar cambios de direccionamiento MAC o detectar duplicidad de IP en la red.
• Proxy ARP: Mecanismo donde un router responde solicitudes ARP en nombre de un host situado en otra subred.

8. Comandos de Diagnóstico

# Mostrar tabla ARP
arp -a

# Borrar tabla ARP (Requiere privilegios de Administrador)
arp -d *

# Ver vecinos ARP
ip neighbor show

# Limpiar caché ARP
sudo ip neigh flush dev eth0

9. Seguridad: ARP Spoofing

Debido a la ausencia de autenticación en el RFC 826, un atacante puede enviar respuestas ARP no solicitadas para asociar su MAC a la IP del Gateway, facilitando ataques de tipo Man-In-The-Middle (MITM).