ARPとは？IPアドレスからMACアドレスを調べる仕組みを図解

前の記事では、 IPアドレスとサブネットマスクを使うことで、 通信相手が自分と同じネットワークにいるか判断できる ことを学びました。

たとえば、次の2台が同じ 192.168.1.0/24 ネットワークに存在するとします。

PC-Aはサブネットマスクを使って、 PC-Bが同じネットワークにいることを判断できます。

しかし、ここで問題があります。

前の記事で学習したとおり、 Ethernetフレームを送信するには 宛先MACアドレスが必要です。

そこで利用される仕組みが ARP（Address Resolution Protocol）です。

ARPとは？

ARP（Address Resolution Protocol）は、 IPv4ネットワークにおいて、 同一リンク上で通信するために必要なMACアドレスを、 IPアドレスを手がかりに調べる仕組み です。

つまり初学者の段階では、

なぜIPアドレスだけでは通信できないのか

PC-AがPC-BへIPパケットを送りたいとします。

IPレベルでは、 宛先は 192.168.1.20 だと分かっています。

しかし、Ethernetで実際にフレームを送信する場合は、 次のような情報が必要です。

この 「？？？」を調べるためにARPが必要 になります。

ARPの基本的な流れ

ARPによるMACアドレス解決は、 大きく次の4ステップで考えると分かりやすくなります。

STEP 1：まずARPテーブルを確認する

PCは通信するたびに必ずARP Requestを送るわけではありません。

過去のARP通信などによって取得した IPアドレスとMACアドレスの対応情報を、 ARPテーブル（ARPキャッシュ） として一定期間保持します。

今回通信したいのは 192.168.1.20 ですが、ARPテーブルには存在しません。

STEP 2：ARP Requestをブロードキャストする

相手のMACアドレスが分からない場合、 PC-Aは ARP Request を送信します。

内容を人間の言葉で表すと、 次のようなイメージです。

しかし、この時点では 192.168.1.20のMACアドレスが分かりません。

そのため、 特定のMACアドレス宛てには送れません。

そこでARP Requestでは、 Ethernetの ブロードキャストMACアドレス を利用します。

これは前のMACアドレスの記事で学習した ブロードキャストMACアドレスです。

ARP RequestはLAN内の端末へ届く

ARP Requestを受信したスイッチは、 ブロードキャストフレームを 同一VLAN内の他のポートへ転送します。

PC-B、PC-C、プリンターなど、 同じブロードキャストドメイン内の端末がARP Requestを受信します。

しかし、問い合わせられているIPアドレスは 192.168.1.20です。

そのため、該当するPC-Bが応答します。

STEP 3：該当端末がARP Replyを返す

自分のIPアドレスが問い合わせられていると分かったPC-Bは、 PC-Aへ ARP Reply を返します。

ARP Replyは通常、 問い合わせ元のMACアドレスがすでに分かっているため、 ユニキャストで返すことができます。

STEP 4：取得したMACアドレスをARPテーブルへ保存する

PC-AはARP Replyを受信すると、 IPアドレスとMACアドレスの対応をARPテーブルへ保存します。

これでPC-Aは、

という対応を把握できました。

MACアドレスが分かったら実際のデータを送信する

ARPによるMACアドレス解決が完了すると、 ようやく本来送りたかったデータを Ethernetフレームとして送信できます。

ここまでを一連の流れにすると、

となります。

別ネットワークの相手にもARPするの？

ARPで特に間違えやすいのが、 別ネットワークへの通信です。

PC-Aからインターネット上のWebサーバーへ通信するとします。

Webサーバーは同じLANには存在しません。

そのためPCは、 Webサーバー自身のMACアドレスをARPで調べるのではなく、 最初にフレームを渡すデフォルトゲートウェイのMACアドレス を調べます。

ここで実際に動かしてみよう：ARP通信シミュレーター

ARP Requestから実際のEthernet通信までを、 順番に動かして確認してみましょう。

理解度チェック：誰のMACアドレスをARPで調べる？

通信相手の位置によって、 ARPで調べる対象が変わります。

下の通信パターンを選んで確認してください。

ARPテーブルはPCから確認できる

実際のWindowsやLinuxでは、 端末が保持しているARP・近隣情報を確認できます。

Windowsの場合

C:\> arp -a

環境によっては、たとえば次のような対応関係を確認できます。

Internet Address      Physical Address
192.168.1.1           11-11-11-11-11-11
192.168.1.20          bb-bb-bb-bb-bb-bb

Linuxの場合

$ ip neigh

Linuxでは現在、 ip neigh コマンドを使って近隣テーブルを確認する方法が一般的です。

ARPを理解するとネットワーク障害の切り分けにも役立つ

ARPは実際のネットワーク運用でも重要です。

ARPを理解したら「名前からIPアドレスを調べる仕組み」へ進もう

ここまでで、 次の関係を理解できました。

しかし、普段Webサイトを見るとき、 私たちは

のような名前を入力します。

通常、ユーザーがWebサイトへアクセスするときに WebサーバーのIPアドレスを直接覚えているわけではありません。

そこで使われるのが、 次に学習する DNS（Domain Name System）です。

確認問題：ARPの仕組みを理解できたか確認しよう

最後に3問の確認問題へ挑戦しましょう。

まとめ

今回は、ARPによってIPアドレスからMACアドレスを調べる仕組みを解説しました。