Protocolo ARP: cómo se resuelve una dirección MAC
Cuando una computadora quiere enviar un paquete a otro dispositivo de la red, conoce la dirección IPv4 del destino pero no su dirección física. Sin la dirección MAC de la interface vecina no puede construir la trama, y sin trama no hay comunicación. El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) es el mecanismo que resuelve esa pieza que falta, traduciendo direcciones IPv4 a direcciones MAC dentro de una misma red lógica. En esta clase analizamos cómo funciona, qué mensajes intercambia y cómo se ve en una captura real.
¿Qué lograrás con esta clase?
- Comprender por qué la capa de enlace de datos necesita un mecanismo de direccionamiento distinto al de capa 3.
- Identificar el problema que el protocolo ARP viene a resolver al construir una trama Ethernet.
- Diferenciar los dos mensajes del protocolo: ARP Request y ARP Reply.
- Interpretar el contenido de la tabla ARP en un dispositivo y entender su tiempo de vida.
- Reconocer la estructura del mensaje ARP y sus campos principales encapsulados en una trama Ethernet.
- Analizar el intercambio ARP sobre tráfico real con Wireshark y simularlo en Packet Tracer.
Por qué se necesita ARP en una red Ethernet
La capa 3 toma decisiones de enrutamiento sobre direcciones IPv4, pero a la hora de poner los datos en el cable, esa responsabilidad recae sobre la capa 2. Para entregar una trama de un dispositivo al siguiente, la capa de enlace de datos necesita conocer la dirección física (dirección MAC) tanto de la interface que coloca la trama en el medio como de la interface vecina que la va a sacar de ahí. Sin esos dos datos no se puede construir el header Ethernet y la comunicación se queda detenida en el dispositivo de origen.
El problema aparece cuando un host conoce la IP del siguiente salto (su gateway, o un equipo dentro de su misma red) pero no tiene registrada su dirección MAC. En la clase desarrollaremos los dos escenarios en los que esta situación se presenta: cuando el destino del paquete está en la red local, y cuando está fuera de ella y hay que comunicarse a través del gateway. Veremos también cómo trabaja la capa 2 con la capa 3 en este proceso, lo que conecta directamente con el concepto de enrutamiento que abordaremos más adelante.
Funcionamiento del protocolo ARP
El protocolo ARP funciona con dos mensajes: ARP Request y ARP Reply. El primero se envía como broadcast a toda la red local con una pregunta concreta: quien tenga determinada dirección IPv4, que responda con su dirección MAC. El segundo es la respuesta unicast del dispositivo que reconoce esa IP como propia. Mostraremos el flujo completo del intercambio sobre una topología real y veremos qué ocurre con los mensajes broadcast cuando atraviesan switches y routers.
También desarrollaremos cuestiones relevantes a la tabla MAC, y discutiremos qué ocurre cuando un mensaje ARP Request no recibe respuesta.
Estructura del mensaje ARP y demostraciones
En la clase analizaremos los campos del mensaje ARP cuando se utiliza sobre IPv4 y Ethernet, observaremos los campos relevantes al tipo de hardware, al tipo de protocolo, los tamaños de las direcciones físicas y lógicas, el código de operación que diferencia un Request de un Reply, y los campos que transportan las direcciones del emisor y del destino.
Para cerrar la clase llevaremos toda esta teoría a la práctica. Capturaremos tráfico ARP real con Wireshark entre dos computadoras de una red, observando paso a paso el intercambio de mensajes Request y Reply tal como viajan por el cable.
Si quieren entender qué ocurre realmente antes de que un solo paquete pueda viajar por la red, accedan al desarrollo completo de la clase donde analizamos el protocolo ARP campo por campo y vemos su funcionamiento sobre capturas reales en Wireshark y Packet Tracer.
❓ Preguntas Frecuentes
¿Qué es el protocolo ARP y para qué sirve?
ARP (Address Resolution Protocol) es el protocolo que permite obtener la dirección MAC de un dispositivo a partir de su dirección IPv4 dentro de una misma red lógica. Es indispensable porque sin la dirección MAC del siguiente salto no se puede construir una trama Ethernet, y por tanto no puede haber comunicación. Cómo funciona el intercambio paso a paso lo desarrollamos durante la lección.
¿Los mensajes ARP atraviesan los routers?
Los mensajes ARP Request se envían como broadcast y, por lo tanto, no atraviesan los routers. Esto significa que ARP solo opera dentro del segmento de red local de cada interfaz. Por qué este comportamiento es así y qué implicaciones tiene a la hora de comunicar dispositivos en redes lógicas distintas lo desarrollamos durante la lección.
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Introducción a la capa de Enlace de datos y al protocolo ARP
En este debate hablamos sobre la lección «Introducción a la capa de Enlace de datos y al protocolo ARP». Puedes realizar tus consultas sobre los videos o sobre el cuestionario de la lección.
Si un host se quiere comunicar con otro host que no se encuentra dentro de su red, se apoya con la MAC de la interface del gateway que se encuentre en el router… Entonces sera correcto decir que todos los puertos de un Router tienen direcciones MAC?…. los puertos de un SWITCH también tienen direcciones MAC?
Hola Chirssthopher! … Efectivamente… TODOS los puertos/interfaces de los ROUTERS… TIENEN direcciones MAC si están utilizando el protocolo ETHERNET en la capa de Enlace de datos, los puertos de los switches también tienen direcciones MAC, sin embargo, la manera en que participan las direcciones MAC para el proceso ARP en ambos dispositivos es un tanto diferente, esto lo explicamos a más detalle en el módulo 2 y 3 donde se analiza la interacción de los puertos de los switches y de los routers y cómo funciona el protocolo ARP en todo el proceso de la comunicación, no te preocupes si en este punto no queda totalmente claro como funciona la dirección MAC en los switches, de este protocolo se habla bastante ya que es muy importante en el desarrollo de la comunicación.
Hola Alvaro,
tengo una duda referente a la siguiente pregunta:
8. ¿Qué valor de número de puerto encontraremos en una trama ARP Reply?
Se que la respuesta correcta seria «Ninguna de las anteriores», solo quiero confirmar si esto es así, debido a que las trama ARP no incluye ninguna especificación sobre número de puerto, a diferencia de la capa de red en donde el header incluye esa especificación en el paquete.
Gracias de antemano.
Hola Ricardo!
No nos confundamos… ni en el header de la trama ARP, ni en el header del paquete de la capa de red existen campos para almacenar números de puertos. En el header de la trama ARP existe el campo «Protocol type» que simplemente nos indica el protocolo de la capa de Red para el cual se está haciendo la asociación dirección MAC/dirección IP. Por ejemplo si encontramos ahí el valor 0x0800 significa que estamos buscando la dirección MAC de una dirección IPv4 en particular.
Por el otro lado en el header del paquete IPv4, encontraras el campo «Protocolo», que básicamente nos indica el PROTOCOLO que se está utilizando en la capa superior, es decir nos indica si estamos utilizando TCP/UDP/ICMP OSPF entre otros.
El concepto de «puertos» es un concepto a nivel de capa De Transporte, los números de puertos de origen y destino los encontraremos solamente en la capa de Transporte en los headers TCP o UDP.
Espero que ahora quede clara la respuesta! =)
Saludos cordiales.
Hola buenas tardes Alvaro, hasta el momento eh ido avanzando poco a poco, una consulta el proceso de de colocar las tramas al medio físico y el proceso del protocolo ARP se ve en todas las redes aun no sabiendo que no se tienen dispositivos intermedio de cisco?, o sea si lo que eh visto en este sesión se aplica en cualquier red.
Mas adelante se veran los protocolos ATM FDDI?
Saludos muy buenas explicaciones.
Hola Hugo!
Si, el protocolo ARP es algo UNIVERSAL que se utiliza en TODOS los dispositivos de red que utilizan al protocolo Ethernet en la capa 2, no importa que los dispositivos no sean Cisco.
El proceso de colocar las tramas en el cable, de igual forma es algo que SIEMPRE ocurre cuando la red a través de la cual van a viajar los paquetes sea Ethernet (En el módulo 2 se habla bastante de esto). Los protocolos ATM, FDDI, PPP, HDLC y otros protocolos que existen en la capa 2, tienen otros funcionamientos, por ejemplo en el protocolo PPP no existe el concepto de dirección MAC y por lo tanto no se utiliza al protocolo ARP.
En el curso NO se analizan otros protocolos en la capa 2 (a excepción de las redes inalámbricas), ¿por qué?… porque Ethernet ES EL ÚNICO protocolo de capa 2 que se utiliza actualmente en las redes LAN cableadas, o por lo menos en un 99% de las redes LAN cableadas. FDDI y ATM ya son protocolos que cada vez se los utiliza menos, de hecho no conozco ninguna red que utilice FDDI, ATM todavía se utiliza en algunas redes WAN para transportar datos a largas distancias, pero de nuevo, su uso cada vez es menos frecuente.
Gracias por tu comentario!
Espero mi respuesta te ayude.
Saludos cordiales.
alvaro:
mas que una consulta quisiera que me aclares los valores 0x0800 y 0x0806
en donde van se que el 0x800 indica typo protocolo que en este caso seria IP4 pero 0x0806 en donde iria
Hola Edson!
Ethernet tiene su propio header y ARP tiene su propio Header. Cuando tu envías un mensaje ARP, este mensaje va encapsulado dentro de una trama Ethernet, por lo tanto tendríamos primero el campo «type» del header Ethernet, en este campo se indica «qué es lo que se está encapsulando», en este caso como estamos encapsulando datos de ARP, en ese campo verías el valor 0x0806. Después del header Ethernet viene el header ARP que dispone del campo «protocol type», este indica el protocolo de capa red para el cual se está realizando el proceso ARP, recuerda que no solamente existe el protocolo IP en la capa de red, también tenemos por ejemplo al protocolo IPX y Apple Talk entre otros. Por lo tanto, en este campo tendrías el valor 0x0800 que corresponde al protocolo IP.
Adjunto una captura de Wireshark para que quede más claro! =)
Atento a tus comentarios
Estimado, primero que nada recibe un saludo, te felicito por la página, la verdad es que están muy bien desarrollados los temas y con muy buen explicación, solo una sugerencia constructiva, en ocasiones explicas tan a detalle, que los videos se hacen muy largos y considero por ejemplo que en ocasiones se meta el wireshark, hace que se sobre abunde en la explicación, repito creo que pueden ser mucho más agiles los videos lo cual haría mas rápido el curso.
Ahora si una duda, em protocolo ARP, por lo que explicaste, trabaja en capa dos para enrutar la trama fuera de la red, en pocas palabras en la forma en que se hace el direccionamiento, ¿correcto?
Otro punto, esto tipo de detalle, por ejemplo los números que ocuparan en el bloque hardware type= 15, ¿eso se ve en el examen CCNA? o ¿es algo adicional que tu pones para entender los temas?
De ante mano gracias
Buenos días Jorge!
En primer lugar muchas gracias por tus comentarios, todas las críticas constructivas son muy bien recibidas y analizadas. Creemos que el objetivo de Wireshark es tratar de que se vea una comparativa entre la teoría y la realidad, tal vez como dices explicarlo 2 veces es un tanto redundante. Lo vamos a tener en cuenta para las futuras clase estimado Jorge.
Ahora respecto a tu consulta, el protocolo ARP no solamente sirve para sacar la trama fuera de la red… sirve para CUALQUIER comunicación con un dispositivo IP. No hace falta que el destino se encuentra fuera o no de tu red… si tienes a 2 computadoras conectadas directamente, una computadora «A» con la IP 192.168.10.1/24 y otra computadora «B» con la IP 192.168.10.2/24 y quieres que se comuniquen… ¿qué es lo primero que tiene que ocurrir? … los datos tienen que ser encapsulados no es cierto? … si la computadora «A» quiere enviar datos a la computadora «B», esta computadora «A» necesita la dirección MAC de destino para construir la trama y enviarla a su destino, para esto es el protocolo ARP, para obtener una dirección MAC en base al valor de una dirección IP. ARP influye en qué dirección de capa 2 de DESTINO se debe asignar a la trama para enviarla a su destino.
Respecto al hardware type, eso es algo que deberías conocer en la vida real para la resolución de problemas. No te van a preguntar algo así en el examen, pero solo respecto a este tema… por ejemplo los números de puertos más conocidos de TCP y UDP que encuentras en los headers sí deberías conocerlos. Y también los números de protocolos más conocidos en el header IP.
Estoy atento a tus comentarios.
Saludos cordiales.
Hola Álvaro, tengo dos consultas:
1) Estoy un poco confuso, ya que leí en varios libros que el protocolo ARP es de capa 3 y también de capa 2. Me podrías aclarar eso?
2) Se que solo explican la tabla ARP desde una PC, pero qué pasa si en el router al escribir el comando show arp me aparece varias ips asociadas a una sola dirección física? (Creo que me estoy adelantando mucho).
Gracias.
Hola Robert, aclarando tus consultas.
Esta es una confusión común, lo primero que hay que mencionar, es que muchos protocolos no encajan de manera exacta en una capa de los modelos de red; sin embargo ARP definitivamente NO es un protocolo de capa de red; los mensajes intercambiados no se envían basándose en la dirección IP de un dispositivo, sino más bien los mensajes son enviados a nivel de capa 2 en la misma red lógica con la direcciones MAC. Si le das una mirada a la clase te darás cuenta que en el mensaje ARP NO existe un header de capa 3; entonces como puede ser considerado un protocolo de capa 3 si no se trabajan con esos campos? … lo que sí es cierto, es que este protocolo trabaja PARA obtener datos CON los cuales se trabajan en la capa 3, proporciona un servicio a la capa 3; es por ello que a veces se dice que este es un protocolo de capa «2.5» pero definitiva NO de capa 3.
Para finalizar, a pesar de lo que puedas leer en otras fuentes, para el examen CCNA ARP es DEFINITIVAMENTE un protocolo de capa 2 (considerado a veces de 2.5).
2. La interacción de capa 2 y capa 3 con PCs/Switches/Routers se analiza en el módulo 3; tal vez es mejor tener esos conocimientos sólidos antes de intentar abordarlo acá; de todas formas esto es totalmente posible, por ejemplo esto puede ser indicación de una interface configurada con 2 direcciones IP (es posible), o puede ser debido a la característica de Proxy ARP donde una interface es la que responde en nombre de otras direcciones IP para que le envíen los paquetes a él; de nuevo, para comprender mejor esto necesitas conocimientos de enrutamiento. Si puedes después de aprender esos conceptos analizamos nuevamente tu situación en particular.
Estoy atento a tus comentarios.
Saludos! =)
Buenos días, una consulta, cuando se realiza la comunicación de una PC con otra PC recibo la direccion MAC del dispositivo con el que quiero comunicarme. Pero, cuando me comunico con el gateway recibo la MAC del router o de la interface ddel router ?
Hola Gianfranco, esto lo vemos más adelante en el tema de enrutamiento, así que no te preocupes que quedara claro, pero en resumen recibes la MAC de la Interface del router.
Saludos! =)
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