# RFC 826 (ARP: Address Resolution Protocol)

## 1. 개요
**RFC 826**은 네트워크 계층의 논리적 주소인 IP 주소를 데이터 링크 계층의 물리적 주소인 MAC 주소(Media Access Control Address)로 대응시키기 위한 **주소 결정 프로토콜(Address Resolution Protocol, ARP)**을 정의한 표준 문서이다.

OSI 7계층 모델에서 IP는 3계층(네트워크 계층)에 해당하며, 이더넷(Ethernet)과 같은 물리적 전송 매체는 2계층(데이터 링크 계층)에서 동작한다. 호스트가 동일한 로컬 네트워크 내의 다른 호스트와 통신하기 위해서는 최종적으로 2계층의 프레임(Frame)을 생성해야 하며, 이때 목적지 장비의 고유 식별자인 MAC 주소가 반드시 필요하다. ARP는 이처럼 상위 계층의 IP 주소를 기반으로 하위 계층의 하드웨어 주소를 찾아내는 가교 역할을 수행한다.

## 2. 동작 원리
ARP는 기본적으로 **브로드캐스트(Broadcast)**와 **유니캐스트(Unicast)** 방식을 결합하여 동작한다.

### 2.1 송수신 과정
1. **ARP 캐시 확인:** 송신측 호스트는 패킷을 전송하기 전, 먼저 자신의 ARP 캐시에 목적지 IP 주소에 해당하는 MAC 주소가 저장되어 있는지 확인한다. 캐시에 정보가 있다면 즉시 전송 단계로 넘어간다.
2. **ARP Request (요청):** 캐시에 정보가 없을 경우, 네트워크 내의 모든 장비에게 "이 IP 주소를 가진 장비는 누구인가?"라고 묻는 ARP Request 패킷을 브로드캐스트(`FF:FF:FF:FF:FF:FF`)로 전송한다.
3. **ARP Reply (응답):** 요청을 받은 모든 호스트는 패킷을 확인하지만, 자신의 IP 주소와 일치하지 않는 경우 패킷을 폐기한다. IP 주소가 일치하는 대상 호스트만이 자신의 MAC 주소를 담아 송신측에 유니캐스트로 ARP Reply 패킷을 전송한다.
4. **캐싱 및 전송:** 송신측은 수신한 MAC 주소를 ARP 캐시에 저장하고, 이를 이용해 실제 데이터 패킷(IP 패킷)을 캡슐화하여 전송한다.

### 2.2 시퀀스 다이어그램
```mermaid
sequenceDiagram
    participant Host_A as Host A (192.168.0.1)
    participant Network as Local Network (Broadcast)
    participant Host_B as Host B (192.168.0.2)

    Host_A->>Network: ARP Request (Who has 192.168.0.2? Tell 192.168.0.1)
    Network-->>Host_B: Broadcast Delivery
    Host_B->>Host_A: ARP Reply (I am 192.168.0.2, my MAC is AA:BB:CC:DD:EE:FF)
    Note over Host_A: Store MAC in ARP Cache
    Host_A->>Host_B: Data Transmission (using MAC AA:BB:CC:DD:EE:FF)
```

### 2.3 ARP 패킷 구조
ARP 패킷은 하드웨어 타입과 프로토콜 타입 등을 포함하여 다음과 같은 구조를 가진다.

| 필드명 | 길이 (Bytes) | 설명 |
| :--- | :---: | :--- |
| Hardware Type | 2 | 네트워크 하드웨어 유형 (예: Ethernet = 1) |
| Protocol Type | 2 | 상위 계층 프로토콜 유형 (예: IPv4 = 0x0800) |
| Hardware Address Length | 1 | 하드웨어 주소의 길이 (예: MAC 주소 = 6) |
| Protocol Address Length | 1 | 프로토콜 주소의 길이 (예: IP 주소 = 4) |
| Operation (Opcode) | 2 | 요청(1) 또는 응답(2) 구분 |
| Sender Hardware Address | 6 | 송신자의 MAC 주소 |
| Sender Protocol Address | 4 | 송신자의 IP 주소 |
| Target Hardware Address | 6 | 수신자의 MAC 주소 (Request 시에는 무시됨(Ignored) 또는 0으로 채움) |
| Target Protocol Address | 4 | 수신자의 IP 주소 |

## 3. ARP 캐시 (ARP Cache)
매번 통신할 때마다 ARP Request를 보내는 것은 네트워크 트래픽을 증가시키고 지연 시간을 유발하는 오버헤드가 된다. 이를 방지하기 위해 호스트는 한 번 알아낸 IP-MAC 매핑 정보를 메모리에 저장하는데, 이를 **ARP 캐시(ARP Cache)** 또는 **ARP 테이블**이라고 한다.

- **저장 방식:** `[IP 주소] ↔ [MAC 주소] ↔ [상태/타이머]` 형태의 테이블로 관리된다.
- **캐시 타임아웃 (Aging Time):** 네트워크 환경의 변화(NIC 교체, IP 변경 등)를 반영하기 위해 일정 시간이 지나면 캐시 항목을 삭제한다. 운영체제마다 다르지만 보통 수 분 내외로 설정된다.
- **동적/정적 엔트리:** 자동으로 학습된 정보는 '동적(Dynamic)' 엔트리이며, 관리자가 수동으로 입력한 정보는 '정적(Static)' 엔트리로 분류되어 타임아웃 없이 유지된다.
- **확인 방법:** 대부분의 운영체제에서 명령 프롬프트(CMD)나 터미널을 통해 현재 캐시 상태를 확인할 수 있다.
    - 예시 명령어: `arp -a` (Windows, Linux, macOS 공통)

## 4. ARP의 종류 및 확장
기본적인 ARP 외에도 특수한 목적을 위해 다음과 같은 변형 프로토콜이 사용된다.

| 종류 | 명칭 | 특징 및 활용 사례 |
| :--- | :--- | :--- |
| **Proxy ARP** | 프록시 ARP | 라우터가 자신에게 전달된 ARP 요청에 대해, 목적지가 다른 네트워크에 있더라도 대신 응답하여 패킷을 전달하는 방식 |
| **Gratuitous ARP** | 무상 ARP (GARP) | 요청 없이 자신의 IP/MAC 정보를 네트워크에 알리는 방식. IP 충돌 감지 및 스위치의 MAC 테이블 갱신에 사용 |
| **Reverse ARP** | 역 ARP (RARP) | MAC 주소는 알지만 IP 주소를 모를 때 사용. 초기 부팅 시 서버로부터 IP를 할당받기 위해 사용되었으나, 현재는 DHCP로 대체되었다. |

## 5. 보안 취약점 및 한계
ARP는 설계 당시 보안보다는 효율성과 단순성에 집중했기 때문에, 송신자가 보낸 응답 패킷이 실제 정당한 소유자로부터 온 것인지 확인하는 **인증 절차가 없다**.

### 5.1 ARP 스푸핑 (ARP Spoofing)
공격자가 네트워크 내에서 특정 호스트나 게이트웨이를 사칭하여 허위 ARP Reply 패킷을 지속적으로 전송하는 공격이다.
- **원리:** 피해자의 ARP 캐시에 공격자의 MAC 주소를 목적지 IP의 주소로 덮어쓰게 만든다.
- **결과:** 피해자가 보내는 패킷이 공격자에게 전달되어 데이터 도청(Sniffing)이나 중간자 공격(MITM, Man-in-the-Middle)이 가능해진다.

### 5.2 대응 방안
- **정적 ARP 설정 (Static ARP):** 중요한 서버나 게이트웨이의 MAC 주소를 수동으로 고정하여 허위 응답을 무시하게 한다.
- **DAI (Dynamic ARP Inspection):** L2 스위치에서 유효한 IP-MAC 바인딩 정보(DHCP Snooping 테이블 등)를 확인하여 비정상적인 ARP 패킷을 차단한다.

## 6. 요약
RFC 826은 IPv4 환경에서 논리 주소와 물리 주소를 연결하는 핵심 표준으로, 현대 네트워크의 기본 동작 원리를 제공한다. 하지만 브로드캐스트 기반의 동작 방식과 인증 절차의 부재로 인한 보안 취약점이라는 한계가 존재한다.

## 7. ARP와 NDP 비교
IPv6에서는 ARP의 한계를 극복하기 위해 ARP를 폐지하고 **NDP(Neighbor Discovery Protocol)**를 도입하였다.

| 비교 항목 | ARP (IPv4) | NDP (IPv6) |
| :--- | :--- | :--- |
| **동작 계층** | 2.5계층 (IP와 Ethernet 사이) | 3계층 (ICMPv6 기반) |
| **전송 방식** | 브로드캐스트 (Broadcast) | 멀티캐스트 (Multicast) |
| **주소 확인** | ARP Request/Reply | Neighbor Solicitation/Advertisement |
| **주요 기능** | 주소 결정 전용 | 주소 결정, 라우터 발견, 중복 주소 감지(DAD) |
| **효율성** | 네트워크 전체에 부하 발생 가능 | 필요한 대상 그룹에만 전송하여 부하 감소 |