Broadcast & ARP

Innerhalb des lokalen Netzwerks muss ein Host häufig in der Lage sein, Nachrichten an alle anderen Hosts gleichzeitig zu senden. Dies kann mithilfe einer als Broadcast bezeichneten Nachricht erfolgen. Broadcast sind nützlich, wenn ein Host Informationen finden muss, ohne genau zu wissen, welcher andere Host sie liefern kann, oder wenn ein Host allen anderen Hosts im gleichen Netzwerk schnell Informationen zu Verfügung stellen möchte.

Eine Nachricht kann auch eine Ziel-MAC-Adresse enthalten. Um dieses Problem zu lösen, werden Broadcast an eine eindeutige MAC-Adresse gesendet, die von allen Hosts erkannt wird. Die Broadcast-MAC-Adresse ist tatsächlich eine 48 bit lange Adresse, die ausschließlich aus Einsen besteht.Aufgrund ihrer Länger werden MAC-Adressen normalerweise in Hexadezimalschreibweise dargestellt. die Broadcast-MAC-Adresse in Hexadezimalschreibweise ist FF:FF:FF:FF:FF:FF. Jedes F in der Hexadezimalschreibweise steht für vier Einsen in der Binären Adresse.

Wenn ein Host eine Nachricht erhält, die an die Broadcast-Adresse adressiert ist, empfängt und verarbeitet er die Nachricht so, als ob sie direkt an ihn adressiert wäre. Wenn ein Host eine Broadcast-Nachricht sendet, leiten Switches die Nachricht an jeden verbundenen Host im selben lokalen Netzwerk weiter. Aus diesem Grund wird ein lokales Netzwerk, also ein Netzwerk mit einem oder mehreren Ethernet-Switches, auch als Broadcast-Domain bezeichnet.

Wenn zu viele Host mit derselben Broadcast-Domain verbunden sind, kann der Traffic überhandnehmen. Die Anzahl der Hosts und die Traffic-Menge, die im lokalen Netzwerk unterstützt werden kann, wird durch die Fähigkeiten der zur Verbindung verwendeten Switches beschränkt. Wenn das Netzwerk wächst und weitere Hosts hinzugefügt werden, nimmt der Netzwerk-Traffic einschließlich des Broadcast-Traffics zu. Um eine höhere Leistung zu erzielen, ist es, wie in der Abbildung dargestellt, oftmals notwendig, ein lokales Netzwerk in mehrere Netzwerke oder Broadcast-Domains aufzuteilen. Zur Aufteilung des Netzwerks in mehrere Broadcast-Domains werden Router verwendet.

ARP verwendet einen dreistufigen Prozess, um die MAC-Adresse eines Hosts im lokalen Netzwerk zu erkennen und zu speichern, wenn nur die IPv4-Adresse des Hosts bekannt ist:

• Der Quell-Host erstellt und sendet einen Frame, der an eine Broadcast-MAC-Adresse adressiert ist. Der Frame enthält eine Nachricht mit der IPv4-Adresse des beabsichtigten Ziel-Hosts.
• Jeder Host im Netzwerk empfängt den Broadcast-Frame und vergleicht die IPv4-Adresse in der Nachricht mit seiner konfigurierten IPv4-Adresse. Der Host mit der passenden IPv4-Adresse sendet seine MAC-Adresse zurück zum ursprünglichen Quell-Host.
• Der Quell-Host empfängt die Nachricht und speichert die MAC-Adresse und die IPv4-Adressinformationen in einer Tabelle, die als ARP-Tabelle bezeichnet wird.

Wenn der Quell-Host die MAC-Adresse des Ziel-Hosts in seiner ARP-Tabelle hat, kann er Frames direkt ohne ARP-Anfrage an den Ziel-Host senden. Da Mitteilungen Broadcast-Frames erfordern, um die Anfragen übermitteln zu können, müssen sich alle Hosts im lokalen IPv4-Netzwerk in derselben Broadcast-Domain befinden.