IP e Routing. Formato del Datagram IP. Utilizzo del Type of Service. Formato del Datagram IP (I word) Prof. Vincenzo Auletta.

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1 I semestre 04/05 Formato del Datagram IP IP e Routing bit Vers Hlen Serv. Ty. Total Length Identification Fl.s Fragment Offset Prof. Vincenzo Auletta Time To Live Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address 20 byte Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 Options 3 Formato del Datagram IP (I word) Version numero di versione del protocollo: 4 (IPv4) HLEN lunghezza dell header in parole a 32 bit normalmente 5, quando non ci sono opzioni Type of Service (TOS) tipo di servizio richiesto (molti router non lo supportano)...dettagli slide successive Total Lenght lunghezza del datagram in byte 4 Utilizzo del Type of Service bit prio D T R non usa Ogni router dovrebbe supportare almeno due classi di priorità high per informazioni di servizio, low per traffico normale Uno solo di D, T e R è settato D = minima distanza T = massimo throughput R = massima affidabilità Recentemente l utilizzo del TOS è stato ridefinito per consentire la gestione da parte dei router di gruppi di servizi differenziati (DiffServ) Compatibile con il vecchio formato

2 5 Valori di Type of Service (TOS) Application Min. Delay Max Thr. Max Rel. Min. Cost Telnet FTP Control FTP Data SNMP DNS (UDP) DNS (TCP) NNTP Incapsulamento dei Datagram Il datagram deve essere incapsulato nei frame della rete fisica Frame header Datagram header Datagram Data Frame data Per questioni di efficienza vorremmo datagram che entrano in un frame, ma... la dimensione dei frame (MTU) cambia da rete a rete la sorgente non conosce l MTU delle reti fisiche che il datagram deve attraversare Frammentazione dei Datagram Per trasmettere un datagram sulla rete fisica bisogna inserirlo nei frame Ogni rete fisica definisce un proprio limite superiore alla lunghezza dei frame (MTU) Se il datagram ha dimensione maggiore del frame deve essere frammentato Frammentazione dei Datagram IP si preoccupa di frammentare il datagram e di ricomporlo ogni frammento ha lo stesso formato di un datagram Il destinatario deve essere in grado di ricostruire il datagram originario La seconda parola (word) dell header di ogni frammento contiene le informazioni relative alla frammentazione 7 8

3 Formato del Datagram IP (II word): Esempio Frammentazione 9 Identification intero che identifica univocamente il datagram originario, mandato dal sender host Fragment offset posizione del frammento nel datagram originario, calcolata in ottetti (byte) a partire dall inizio del campo dati Flags informazioni di controllo della frammentazione DO NOT FRAGMENT MORE FRAGMENTS 10 Datagram header I blocco II blocco III blocco Frammento 1 header Frammento 2 header Frammento 3 header I blocco Offset 0 II blocco Offset 600 III blocco Offset Formato del datagram IP (III word): Time to Live (TTL) max numero di router che datagram può attraversare nella rete iniz. a 32 o 64, ogni router decrementa il valore di 1 previene loop tra router (quando arriva a zero il datagram è soppresso) Protocol nome del protocollo che ha richiesto il servizio Header checksum controllo degli errori calcolato solo sull header, se ci sono errori è scartato. (il TTL modificato dai router si deve incrementare CS) protocolli strati sup. hanno la loro CS per coprire i loro header e dati. 12 Formato del Datagram IP (IV-V word) Source IP destination indirizzo IP dell host che ha spedito il datagram Destination IP destination indirizzo IP dell host a cui il datagram è diretto

4 13 Campi Opzionale dell Header Il campo Options contiene informazioni facoltative utili per test e debug la dimensione di OPTIONS è variabile Ricavabile dal campo LENGTH dell header del datagram Principali opzioni Record Route registra l IP number di ogni router attraversato Timestamp registra sia l IP del router che il tempo Source Route il mittente specifica i router che deve/può attraversare 14 Formato Opzione Record Route bit CODE Length Pointer First IP Address Second IP Address Ogni router inserisce il proprio indirizzo in coda alla lista se c è spazio Length indica la lunghezza della lista Pointer la posizione dove inserire... Formato Opzione Source Route IP Source Routing 15 bit CODE Length Pointer IP Address of first hop IP Address of second hop Due tipi di source routing Strict (specifica tutti gli hop) Loose (specifica solo alcuni hop) La sorgente di un datagram non può influire sul percorso seguito dal pacchetto nell inter-rete ogni router opera autonomamente L opzione source routing permette all applicazione di specificare il percorso che il datagram deve seguire Strict source routing: il mittente specifica l esatto cammino che il datagram deve seguire. Se ciò non è possibile, viene inviato un messaggio ICMP source route failed. Loose source routing: mittente specifica lista di indirizzi IP che il datagramma deve attraversare. Altri router intermedi possono essere attraversati.

5 Implementazione di Source Routing Configurazione Interfaccia di Rete 17 L host mittente riceve lista di router da applicazione Primo indirizzo diventa nuovo destinatario destinazione originaria è posta in coda alla lista che viene scritta nel campo opzione pointer punta alla prima entry nella lista (ptr=4) il router che riceve il datagram controlla se è destinato alla sua rete no: datagram inoltrato normalmente E stato usato il LSR (altr. non sarebbe giunto) sì: ptr<len indirizzo puntato da ptr diviene nuova destinazione indirizzo IP dell interfaccia uscente è source datagram ptr+=4 18 Il comando (UNIX/LINUX) utilizzato per configurare l interfaccia di rete e controllarne lo stato è /sbin/ifconfig ipconfig per sistemi Windows argomenti nome dell interfaccia da controllare o configurare famiglia di indirizzi principali parametri up/down (attivazione e disattivazione dell interfaccia) arp (abilita o disabilita uso di ARP) allmulti (abilita o disabilita modalità promiscous) mtu N (fissa a N la massima dimensione di un frame) netmask addr (setta netmask) multicast (abilita il multicasting) hw (setta indirizzo fisico) dstaddr addr (setta indirizzo dest. per linea poit-to-point) 19 Esempio di Uso ifconfig eth0 Link encap:ethernet HWaddr 00:A0:CC:53:D6:EF inet addr: Bcast: Mask: UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets: errors:1 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:36528 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:100 RX bytes: (48.6 Mb) TX bytes: (4.1 Mb) Interrupt:5 Base address:0xd000 lo Link encap:local Loopback inet addr: Mask: UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1. 20 Statistiche sullo Stato della Rete E possibile ottenere informazioni sullo stato del sottosistema di comunicazione con il comando netstat stato delle connessioni aperte tabelle di istradamento stato delle interfacce attive statistiche relative ad un certo protocollo Per conoscere lo stato delle interfacce usare netstat in mostra indirizzi numerici indica numero di pacchetti trasmessi e ricevuti correttamente, con errori o rimossi Kernel Interface table Iface MTU Net RX-OK RX-ERR TX-OK TX-ERR Flg eth BMRU lo LRU

6 21 Cosa è il Routing? In una rete a commutazione di pacchetti si definisce routing il processo di selezione del percorso sul quale spedire un pacchetto Il router è il dispositivo che svolge questa operazione Nel modello TCP/IP il routing è effettuato dai gateway In genere sono dispositivi dedicati di limitate capacità di calcolo 22 Routing In una internet il problema del routing deve essere affrontato a due livelli Routing diretto Istradamento all interno di una rete fisica Basato sui servizi del livello data link Gli indirizzi di sorgente e destinazione devono avere lo stesso identificatore di rete Routing indiretto Istradamento tra reti fisiche distinte Gli indirizzi di sorgente e destinazione hanno identificatori di rete diversi L istradamento deve utilizzare un intermediario Routing Diretto Il datagram viene incapsulato in un frame e spedito direttamente all indirizzo fisico del destinatario Indirizzo recuperato tramite ARP Nessun router coinvolto nella trasmissione Routing Indiretto L host non è in grado di comunicare direttamente con il destinatario del datagram Delega ad un altro host (router) il compito di trasmettere il datagram Incapsula il datagram in un frame e lo spedisce all indirizzo fisico del router selezionato Ogni rete fisica appartenente ad un internet include almeno un router L host deve scegliere il router più adatto

7 Tavole di Routing IP L indirizzo a cui spedire un datagram è determinato mediante la consultazione delle tavole di routing IP Sia host che router hanno tavole di routing solo i router accettano e istradano datagram non diretti a loro La tavola di routing è una lista di rotte Le rotte possono essere create staticamente (comando route) o dinamicamente (ICMP redirect) La dimensione della tabella influisce fortemente sui tempi di trasmissione bisogna cercare di costruire tabelle di piccole dimensioni Tecniche per Controllare la Dimensione delle Tabelle Sono stati studiati vari accorgimenti per contenere le dimensioni delle tabelle di routing tutte basate sul principio del mascheramento dell informazione Divisione dell indirizzo IP in indirizzo di rete ed indirizzo di host una sola rotta per tutti gli host di una rete Utilizzo di un solo indirizzo di rete per più reti fisiche subnetting e supernetting Proxy ARP Rotte di default Struttura di una Rotta Tipi di Rotte 27 E sufficiente conoscere il prossimo router a cui inviare il datagram (next hop) Ogni rotta contiene i seguenti campi: destinazione: indirizzo di host o network netmask: netmask della destinazione interfaccia: interfaccia locale da usare per la rotta gateway: indirizzo del prossimo hop flag: informazioni riguardanti la rotta 28 Le rotte contenute in una tavola di routing possono essere di tre tipi Rotte per una rete fisica L identificatore di host è 0 Rotte per un host specifico Utilizzate per debugging o per vincolare il percorso seguito dai datagram Rotte di default La tavola di routing di un host può contenere solo una rotta di default ad un router e della rotta di loopback

8 29 Flag di Rotte IP U: la rotta è disponibile G: la rotta utilizza un router intermedio Se il flag G non è presente la destinazione è collegata direttamente H: la destinazione è un host e non una rete D: rotta creata da un redirect M: rotta modificata da redirect 30 Esempio di Tavola di Routing IP Kernel IP routing table Destination Gateway mask Flags MSS Win irtt Iface UH ppp U lo UG ppp0 default UG eth0 Host collegato alla rete con interfaccia Ethernet e al gateway con ppp rotta per il loopback rotta di default a rotta per l host direttamente connesso rotta per la rete al gateway Meccanismo di Routing IP Algoritmo di Routing IP 31 Ogni volta che un host deve spedire un datagram scorre la sua tabella di routing in cerca di un match per l intero indirizzo del destinatario un match per l identificatore di rete del destinatario un entry di default Se esistono diverse rotte di default, si usa roundrobin 32 L host H deve spedire il datagram D Estrai dall header di D l indirizzo N del destinatario IF l indirizzo di rete di N corrisponde ad uno degli indirizzi di rete di H consegna D sulla rete corrispondente ELSE IF la tavola di routing contiene una rotta per N spedisci D al next-hop indicato nella tabella ELSE IF la tavola di routing contiene una rotta per l identificativo di rete di N spedisci D al next-hop indicato nella tabella ELSE IF la tavola di routing contiene una rotta di default spedisci D al next-hop indicato nella tabella ELSE segnala un errore di routing

9 33 Inizializzazione delle Tavole di Routing La tavola di routing viene scritta a mano con il comando route Es. route add default Inserisce rotta di default eseguito al momento del boot Legge da un file le rotte da aggiungere Esistono altri protocolli per inizializzare dinamicamente la tavola di routing al boot 34 Aggiornamento Dinamico delle Tavole di Routing di un Host L aggiornamento della tavola di un host è basata sul protocollo ICMP Un messaggio ICMP redirect viene spedito da un router se si trova a spedire un datagramma usando la stessa interfaccia da cui è entrato Il messaggio contiene informazioni su una rotta alternativa Il next hop è sempre un router della rete fisica il mittente deve aggiornare la sua tavola di routing Esempio di ICMP Redirect Aggiornamento delle Tavole di Routing di un Router 35 R1 IP1 to R2 forward IP1 to R2 ICMP redirect IP2 to R2 H H deve spedire un datagram a R2 La tavola di routing ha una rotta di default a R1 1. H invia a R1 il datagram per R2 2. R1 spedisce il datagram a R2 e segnala ad H l indirizzo di R2 3. H invia il nuovo datagram direttamente a R2 36 R2 I router non possono utilizzare i messaggi ICMP per aggiornare le proprie tabelle Chi aggiorna le tavole dei router? I router implementano protocolli specifici per scambiarsi informazioni di raggiungibilità Li vedremo nelle prossime lezioni

10 37 Gestione dei Datagram in Ingresso Un host non instrada mai i datagram ricevuti per evitare di congestionare la rete per isolare situazioni di errore Un router istrada tutti i datagram ricevuti se non sono diretti ad una delle reti a cui è collegato li manda ad un altro router Per default ogni postazione è configurata come host per trasformare un host in un router bisogna ricompilare il kernel con il supporto al packet forwarding 38 Routing con le Subnet L algoritmo di routing standard deve essere modificato per gestire il subnetting Le modifiche riguardano solo la gestione delle sottoreti all interno di una rete l istradamento nel internet rimane immutata Per facilitare il subnet routing si dovrebbe garantire che Tutte le subnet siano contigue ed abbiano la stessa netmask Tutti gli host della rete devono usare il subnet routing I router di ultima generazione riescono a superare questi vincoli Subnet Routing Longest Matching Routing 39 Sempre basato su una ricerca all interno della tavola di routing Ogni entry della tavola contiene anche un campo netmask Per estrarre l indirizzo di rete dall indirizzo IP della destinazione si usa la netmask si effettua un AND bit a bit tra l indirizzo di destinazione e la netmask La netmask può essere ottenuta tramite ICMP 40 L algoritmo di subnet routing può essere riformulato anche in altra maniera un router instrada un datagram sulla rotta r se l indirizzo di destinazione del datagram corrisponde all AND tra l indirizzo di destinazione e la netmask della rotta la netmask ha la più lunga sequenza di 1 tra quelle che soddisfano il punto precedente le tavole di routing sono implementate con strutture dati ad hoc che rendono efficiente la ricerca del match più lungo es. Patricia Tree o alberi binari compressi a livelli

11 Routing su Reti Point-to-Point Anonime Esempio Rete di Facoltà Server L19 libeccio 174 suzuka 5 diaedu udsab 1 ustica 37 DHCP intrepido odissea Server nis1sa Win dia bar-gw 41 La linea dedicata tra le due reti richiede un terzo identificatore di rete Possibile utilizzare anonymous networking Il data-link non richiede l indirizzo fisico di destinazione Possibile specificare un valore arbitrario nella tavola security firewall Proxy ARP coppi 1 2 gimondi firewall Proxy ARP reti pcdhcp peru firewall bearzot rossi diareti ( ) Esempi di Semplici Tavole di Routing Per leggere il contenuto della tabella di routing usare il comando netstat -rn Kernel IP routing table (ustica.dia.unisa.it) Destination Gateway mask Flags MSS Win irtt Iface U eth UG eth0 Routing Table: (rossi.diareti.diaedu.unisa.it) Destination Gateway Flags Ref Use Interface U hme U 3 0 hme0 default UG UH lo0 44 Esempi di Semplici Tavole di Routing Routing tables (udsab.dia.unisa.it) Destination Gateway Flags Refs Use Interface Route Tree for Protocol Family 2: default UGS alt UH lo / U alt / U tu0 Kernel IP routing table (moser.security.unisa.it) Destination Gateway Genmask Flags MSS Win irtt Iface U eth U lo UG eth0

12 Tavola di Routing di nis1sa 45 Destination NextHop tipo Mask ind dir dir ind dir dir dir dir dir dir dir dir dir

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