Esercizi di Routing Statico IP e Aggregazione

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1 Politecnico di Torino sercizi di Routing Statico IP e Aggregazione Fulvio Risso 5 ottobre 0

2 Indice I. Metodologia 4. Routing statico e aggregazione di route 5.. Concetti principali Routing table Reti IP direttamente connesse Reti IP remote Costi Route aggregate Route maggiormente specifiche Route di default Route a costi diversi Procedura per la definizione della routing table Lista e tipologia delle reti IP efinizione dell albero di instradamento eterminazione della routing table eterminazione di possibili aggregazioni di route II. sercizi 8. sercizi 9.. sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n sercizio n

3 III. Soluzioni 3 3. Soluzioni Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Route con spazio di indirizzamento equivalente Route con massimizzazione dell aggregazione Soluzione per l esercizio n Route con spazio di indirizzamento equivalente Route con massimizzazione dell aggregazione Soluzione per l esercizio n Route con spazio di indirizzamento equivalente Route con massimizzazione dell aggregazione Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Indirizzamento volto a massimizzare l aggregazione delle route su R Indirizzamento volto a minimizzare gli indirizzi allocati Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Soluzione per l esercizio n Caso Caso Caso LAN realizzata in tecnologia switching

4 Parte I. Metodologia 4

5 . Routing statico e aggregazione di route La difficoltà maggiore di questa raccolta di esercizi consiste nella definizione del routing all interno di una rete IP. Si assume che la rete sia stata precedentemente configurata a livello IP, ossia che il piano di indirizzamento sia stato definito e che le varie entità presenti sulla rete (hosts, routers) siano correttamente configurate a livello di indirizzo/netmask. Si ricorda che i concetti evidenziati in questi esercizi non dipendono dalla tipologia di routing implementato nella rete (statico o dinamico) in quanto, a parità di topologia e di costi, tutti quanti gli algoritmi convergeranno sullo stesso risultato. La differenza risiede nel fatto che il routing statico deve essere configurato completamente a mano su ogni router e non è in grado di adattarsi autonomamente a variazioni della topologia, mentre il routing dinamico agisce in autonomia e si adatta ad eventuali variazioni topologiche della rete. Pertanto i concetti presentati hanno validità assolutamente generale, indipendentemente da come il routing sia stato calcolato. Per aiutare a risolvere gli esercizi presentati in questa raccolta, si riassumono prima i concetti fondamentali per la definizione delle tabelle di routing, quindi si propone una metodologia per la soluzione di questi esercizi... Concetti principali... Routing table La routing table è una tabella locale ad un router che in linea di principio elenca tutte le destinazioni presenti in una rete. Nel mondo IP le destinazioni sono tutte le reti IP esistenti nella topologia in esame. Ad esempio, nella topologia presentata nella figura seguente sono presenti 5 reti IP, che corrispondono alle 5 righe presenti nella routing table. Si noti che siccome il numero di righe presenti nella routing table dipende dal numero di destinazioni IP presenti nella topologia in esame, è pertanto uguale per tutti i router appartenenti a quella topologia. Ovviamente, essendo le destinazioni coincidenti con le reti IP presenti, tutti i router avranno la stessa lista di destinazioni raggiungibili, mentre cambieranno i percorsi fatti per raggiungere quelle destinazioni. Per ogni destinazione presente nella routing table, vi sono tipicamente le seguenti informazioni: Tipologia di rete: indica la modalità con il quale il router ha imparato quella rete. Adottando la convenzione utilizzata dai routers Cisco, reti direttamente connesse sono indicate dalla lettera C, reti conosciute attraverso il routing statico sono indicate con la lettera S, e così via. Rete/Netmask: indica l indirizzo di rete e la netmask associata, ossia l address range (la destinazione ) oggetto di quella route. Next Hop: indirizzo dell interfaccia che viene utilizzata per inoltrare il pacchetto verso la destinazione. Il significato di questo campo cambia a seconda che la rete IP sia direttamente connessa o meno e verrà pertanto dettagliato in seguito. 5

6 Costo: esprime, attraverso un valore numerico, la distanza di quella rete rispetto al router in esame. Ad esempio, una rete raggiungibile a costo 4 è più distante di una rete raggiungibile a costo. Maggiori dettagli sul costo verranno forniti nella sezione..4. Un esempio di routing table può essere visto in figura. Routing table Type Network NextHop Cost C / C / S / S / S / R.9 Network /30.30 R Network /30 Network /5 Network /4 Network /4 Mentre, a livello di numero di destinazioni presenti nella routing table non esistono differenze tra una rete IP direttamente connessa al router e le reti IP remote (raggiungibili attraverso altri routers), esistono alcune differenze relative a come sono ricavate le reti e come queste sono indicate nella routing table.... Reti IP direttamente connesse Le reti IP direttamente connesse sono quelle raggiungibili con l instradamento diretto di IP. Ad esempio, le reti /5 e /30 per il router R della figura precedente sono direttamente connesse (ed evidenziate in giallo in figura). Si noti che le reti direttamente connesse non sono quelle fisicamente collegare al router in esame (ad es., tutte le reti thernet collegate al router), ma le reti IP raggiungibili in instradamento diretto. Si noti anche come su una LAN fisicamente connessa al router potrebbero esistere reti IP non direttamente raggiungibili. La conoscenza delle reti direttamente connesse da parte di un router è automatica ed è determinata dal fatto che il router ha una interfaccia appartenente a quella rete IP. Ad esempio, il router R della figura precedente inserirà automaticamente le reti /5 e /30 nella sua routing table, senza nessun intervento dell amministratore dell apparato e anche in assenza di routing dinamico. Nel caso delle reti IP direttamente connesse, il valore di next hop presente nella routing table identifica l indirizzo dell interfaccia del router locale che verrà utilizzata per raggiungere quella destinazione. Ad esempio, nella rete in figura il router R raggiungerà tutte le destinazioni /5 attraverso la sua interfaccia con indirizzo 0.0../5: il valore del campo next hop di quella route sarà pertanto Reti IP remote Le reti IP remote (ossia non direttamente connesse) sono quelle raggiungibili con l instradamento indiretto di IP, ossia i pacchetti diretti a quelle destinazioni devono essere inviati ad un router che li farà proseguire verso quella destinazione. Ad esempio, le reti /4, /4 e /30 per il router R della figura precedente sono reti remote (ed evidenziate in verde in figura). Le reti IP remote non sono conosciute automaticamente dal router. Pertanto è necessaria una operazione esplicita di configurazione del router che può avvenire o attraverso l amministratore di 6

7 rete (che configura una route statica per quella destinazione) oppure attraverso la configurazione di un protocollo di routing dinamico (che si incarica di comunicare automaticamente al router corrente l elenco delle destinazioni remote). Solo a fronte di una di queste due azioni si vedranno le destinazioni remote comparire nella routing table. Ad esempio, le reti remote sono evidenziate in figura dalla lettera S nella corrispondente entry della routing table in quanto sono state impostate attraverso il routing statico. Per queste reti, il valore di next hop presente nella routing table identifica l indirizzo dell interfaccia del prossimo router che verrà utilizzata per raggiungere quella destinazione. Ad esempio, nella rete in figura il router R raggiungerà tutte le destinazioni /4 attraverso l interfaccia di sinistra del router R, che ha indirizzo /30: il valore del campo next hop di quella route sarà pertanto La scelta di identificare come next hop l interfaccia del prossimo router anzichè quella di uscita dal router corrente è determinato dal fatto che le due cose sarebbero equivalenti solamente nel caso di rete punto-punto. Infatti, dal disegno è evidente come un pacchetto che esca dall interfaccia.9 di R non possa che essere ricevuto dall interfaccia.30 di R. Questo però non è vero nel caso di reti con capacità broadcast: ad esempio, un router R potrebbe generare due pacchetti in uscita da una sua interfaccia thernet, il primo destinato ad un router R, il secondo destinato ad un router, ambedue collegati alla stessa rete thernet (e con indirizzi IP appartenenti alla stessa rete). Pertanto l indicazione dell interfacca di uscita non è sempre una indicazione sufficiente per determinare il prossimo passo verso la destinazione, mentre l indicazione della prossima interfaccia di ingresso rende questa informazione non ambigua. Si noti infine che l indirizzo del next hop deve sempre essere raggiungibile attraverso instradamento diretto dalla macchina IP in esame. Qualora questo non fosse verificato, lo studente ha sicuramente fatto un errore...4. Costi Il costo di una rotta è necessario per privilegiare un percorso (a costo minore) rispetto ad un altro (a costo maggiore). In realtà, questa informazione è presente nella tabella di routing prevalentemente per debugging, ma non viene utilizzata dal router in quanto non saranno mai presenti route per la stessa destinazione a costo diverso (il processo di creazione della routing table seleziona un solo percorso verso ogni destinazione, che è il percorso migliore, e quindi le route alternative a costo superiore non verranno visualizzate). Il valore del costo di una route è, purtroppo, fortemente dipendente dal sistema operativo in uso. Ad esempio, alcuni sistemi operativi (ad es. Windows) assegnano costi > 0 sia alle route connesse che a quelle statiche; altri (ad es. Cisco IOS) assumono che sia le route connesse che quelle statiche abbiano costo 0. In aggiunta, alcuni (ad es. Windows) permettono una sola metrica di costo (un numero puro), mentre altri (ad es. Cisco IOS) gestiscono il costo come una coppia distanza amministrativa/metrica, dove il primo numero esprime la bontà del protocollo usato per imparare quella route (ad es. una route statica potrebbe essere considerata migliore di una route dinamica) mentre il secondo numero esprime il vero costo, fatto salvo che la distanza amministrativa ha la precedenza nella scelta della route migliore (ossia una route di costo 0/ è sempre peggiore di una route a costo /, ma una route /0 ha la precedenza su una route /). Nei sistemi reali sia il costo delle route connesse che quello delle route statiche è fisso e stabilito a priori. Il primo non può nemmeno essere variato dall amministratore, mentre sul secondo è possibile intervenire manualmente differenziando il costo di varie route. La ragione di questo costo preimposta- In realtà ad esempio nel sistema Cisco IOS è possibile variare solamente la distanza amministrativa, ma non il costo vero e proprio. In questo caso è possibile definire una route statica con costo tale che viene prescelta solamente nel caso in cui un protocollo dinamico non apprenda una route per quella destinazione, lasciando così la preferenza al 7

8 to nel caso delle route statiche sta nell impossibilità, da parte dell apparato, di conoscere l effettiva distanza della rete da sè stesso e quindi il costo viene preimpostato ad un valore di default. In questa dispensa ci si astrarrà da ogni particolare dispositivo reale e si adotterà la seguente convenzione: il costo è un numero singolo (non una coppia distanza amministrativa/costo) ove non diveramente specificato, le route connesse hanno costo 0 (non modificabile), mentre quelle statiche hanno un costo che dipende dalla effettiva distanza rispetto al router in esame, ricavato sommando il costo di attraversamento dei link (e posto convenzionalmente pari a ) verso la destinazione (ad esempio, la figura precedente mostra alcune route statiche a costo e altre a costo ). In ogni caso, il costo può essere variato nel momento in cui l amministratore di rete abbia qualche necessità particolare. Si rammenta pertanto allo studente di controllare la convenzione in uso sul dispositivo reale per quanto riguarda i costi e procedere ai necessari adattamenti rispetto alla teoria presentata in questa dispensa...5. Route aggregate Il modello di routing IP prevede che due o più route possano essere sostituite con una route aggregata equivalente. L idea di base è che se una destinazione si raggiunge attraverso un certo next hop NH e una destinazione si raggiunge attraverso lo stesso next hop NH, le destinazioni e possono essere fuse insieme in una destinazione equivalente -. Il vantaggio dell aggregazione è che il numero di route nella routing table diminuisce, favorendo il lavoro dei router nelle operazioni di inoltro dei pacchetti IP verso le destinazioni. sistono due condizioni per poter fondere insieme due (o più) route e sostituirle con una route aggregata equivalente: (obbligatorio) le route in esame devono condividere lo stesso next hop; (parzialmente obbligatorio) le route in esame devono essere aggregabili, ossia deve esistere un address range che inglobi esattamente gli address range originali. Le figura seguente presenta un esempio di aggregazione: le sei reti evidenziate in verde condividono lo stesso next hop per quanto riguarda il router R e pertanto possono essere potenzialmente aggregate. Tuttavia è necessario che sia rispettato anche il secondo requisito : gli spazi di indirizzamento sostitutivi devono essere equivalenti a quelli originali. A questo punto sarà possibile sostituire le due reti punto-punto con una route equivalente verso la rete /9, mentre le quattro reti /4 possono essere aggregate insieme da una rete /. protocollo dinamico ove possibile. Si vedrà in seguito che questo requisito può essere parzialmente rilassato. 8

9 Routing table Type Network NextHop Cost C / S / S / S / S / S / S / S / S / Reti con lo stesso next hop (reti potenzialmente aggregabili) R R / / /30 R4.9.0 Network /4 Network /4 Network /4 Network /4 Nell operazione di aggregazione non è importante che le route abbiano lo stesso costo: il costo non viene infatti utilizzato dal router durante l instradamento, ma viene utilizzato a priori per determinare la route da usare in presenza di route multiple per la stessa destinazione. Pertanto è possibile aggregare insieme route con costi diversi assegnando alla route aggregata un costo convenzionale (deciso dall operatore), con l unico vincolo che nel momento in cui ci siano rotte multiple per la stessa destinazione queste abbiano valori di costo tali da far prevalere la rotta che si ritiene essere migliore. Si noti come l aggregazione della rete /9 sia stata resa possibile dalla particolare disposizione di quelle reti IP nella topologia in esame: se le reti fossero state assegnate in ordine crescente da sinistra a destra ( /30 tra R ed R, /30 tra ed, /30 tra ed R4) non sarebbero state aggregabili. Infatti le reti remote 4.4/30 e 4.8/30 non possono essere aggregate in un singolo addressing range /9 (i range validi sono 4.0/9, che non comprende la rete 4.8/30, e 4.8/9, che non comprende la rete 4.4/30). Ne consegue che il modo con cui sono assegnati gli indirizzi all interno della rete riveste un importanza fondamentale nel permettere o meno l aggregazione delle route. È interessante notare che il concetto di aggregazione cambia la semantica delle informazioni presenti in ogni route. Mentre la definizione originaria di route prevedeva che ogni route fosse associata ad una rete, a questo punto ogni route è associata ad un address range. In altre parole, l indicazione network/netmask presente in ogni route non identifica più una rete IP, ma può identificare un insieme di reti IP aggregate, ossia un address range. In aggiunta, un indirizzo che nelle reti originali non era utilizzabile per un host (ad esempio perchè indirizzo di rete oppure broadcast) diventa invece apparentemente usabile nel momento in cui si considerino gli address range aggregati (si veda ad esempio l indirizzo che è un indirizzo broadcast nella rete originale in figura, mentre diventa apparentemente un indirizzo di un host nella rotta aggregata /). Questo tuttavia non comporta particolari problemi perchè è vero che un eventuale pacchetto destinato a quel (presunto) host viene inoltrato verso la destinazione, ma è vero anche che questo pacchetto verrà prima o poi scartato da uno dei prossimi router che, causa la sua prossimità con la rete di destinazione, non può più gestire gli indirizzi aggregati e deve pertanto avere le rotte maggiormente precise, secondo il principio per cui l aggregazione è minore muovendosi dal centro della rete alla periferia. Infine, si ricorda che l aggregazione è inefficace per le reti direttamente connesse. In linea di principio sono route come le altre e potrebbero essere aggregate; in pratica, però, sono configurate in automatico dal router in quanto originate da reti IP direttamente connesse e non sono cancellabili dalla routing 9

10 table. Pertanto, a differenza delle route di altro tipo (ad esempio quelle statiche), queste route non possono essere sostituite da altre route a causa dell impossibilità di cancellarle dalla routing table...6. Route maggiormente specifiche Il routing IP supporta anche il concetto di route maggiormente specifica. In pratica è possibile definire due route i cui spazi di indirizzamento si sovrappongono parzialmente e in caso di match su ambedue le route ha la meglio quella maggiormente specifica, ossia quella che ha un prefix length maggiore (una route verso uno spazio di indirizzamento /30 è maggiormente specifica rispetto ad una route verso uno spazio /4). La figura seguente può aiutare a chiarire meglio il concetto. Type Network NextHop Cost S / R Type Network NextHop Cost S / R / /30 Network / Network /4 Network /4 Network /4 Il router R in figura ha due route: una per l address range / verso, e una per l address range /4 verso R. Si supponga che il router R abbia un pacchetto IP da inoltrare verso l host 0.0..: questo indirizzo di destinazione è compreso nell address range / e pertanto verrà inviato verso destra. Si supponga ora che R debba inoltrare un pacchetto all host : questo host appartiene sia all address range della prima route ( /4) che a quello della seconda ( /). al momento che le route possono riferirsi a percorsi diversi (infatti, la prima punta a sinistra, la seconda a destra) è necessario un criterio univoco per determinare la route vincente. Nel mondo IP, il criterio è che la route maggiormente specifica vince. In questo caso, pertanto, il pacchetto verrà inoltrato verso R. Questo concetto apre la possibilità di effettuare aggregazioni di route in maniera molto più efficace rispetto a quanto enunciato in precedenza, in quanto l aggregazione di route IP può in realtà coinvolgere un address range maggiore rispetto a quello risultante dalla pura unione delle route coinvolte. Anche in questo caso ci sia aiuta con una figura per chiarire meglio il concetto. 0

11 Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / S / S / S / S / S / S / Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / S / Reti con lo stesso next hop (reti potenzialmente aggregabili) R R / / /30 R4.9.0 Network /4 Network /4 Network /4 Network /4 In questo esempio è possibile aggregare sotto una stessa route addirittura tutte le destinazioni che hanno lo stesso next hop router (ed evidenziate in figura), ad esempio sostituendole con una singola route per l address range /. Questo spazio di indirizzamento comprende gli indirizzi da a e quindi raggruppa tutte le destinazioni che erano precedentemente conosciute attraverso le singole route. Questo address range comprenderà anche le destinazioni /30 che invece non fanno capo al next hop : questo non rappresenta un problema in quanto per queste destinazioni è comunque presente un route maggiormente specifica. È interessante notare come il nuovo address range / include in realtà altre destinazioni che non sarebbero comprese dalla semplice unione degli spazi di indirizzamento delle singole route, ossia il range di indirizzi che va da a Questo normalmente non rappresenta un problema perchè quelle destinazioni non sono comunque raggiungibili sulla rete e pertanto quello che solitamente succede è che un router inoltri pacchetti per quelle destinazioni in una certa direzione, ma prima o poi un router su quel percorso rileverà che quella destinazione non è raggiungibile e pertanto scarterà il pacchetto. Facendo riferimento all esempio della figura precedente, si evidenziano i comportamenti della rete a fronte di tre ipotetici pacchetti: Pacchetto destinato all host 0.0..: l indirizzo di destinazione è compreso nella route / e pertanto viene correttamente inoltrato verso R. Pacchetto destinato all host : l indirizzo di destinazione è compreso sia nello spazio di indirizzamento della route /, che in quello della route /30. In questo caso vince la route maggiormente specifica e pertanto il pacchetto viene correttamente inoltrato in instradamento diretto verso la destinazione Pacchetto destinato all host : l indirizzo di destinazione è compreso nella route / e pertanto viene inoltrato verso R. Ovviamente quella destinazione non esiste nella rete, ma poco importa: il router R si accorgerà che quella rete non esiste e pertanto cancellerà il pacchetto dalla memoria senza inoltrarlo da nessuna altra parte. Ovviamente, il router R potrebbe non accorgersene (anche lui potrebbe avere una route che comprende anche l indirizzo ) ma probabilmente prima o poi qualche router se ne accorgerà e dropperà il pacchetto.

12 Uno dei problemi di che può sorgere utilizzando la tecnica di aggregazione con route più estese (spesso indicate come supernet routes) rispetto allo spazio di indirizzamento delle route originali è la creazione di loop nell inoltro dei pacchetti. Si supponga ad esempio che R in figura abbia una route di default verso destra, mentre R abbia una route di default verso sinistra. In questo caso un pacchetto destinato all host 0... non è compreso in nessuna route specifica e deve pertanto seguire la strada indicata nella default route. A questo punto, però, R invierà il pacchetto ad R, che lo inoltrerà nuovamente ad R e così via fino a quando il pacchetto verrà tolto dalla rete a causa dell esaurimento del suo tempo di vita. In generale il problema dei loop può comparire quando si fa uso di supernets: è compito dell amministatore di rete progettare il routing in modo che questo non accada. Si ricorda infine che la tabella di routing è diversa su ogni router. Pertanto le modalità con cui si possono gestire le aggregazioni varia di router in router a seconda di come possono essere aggregati tra di loro gli spazi di indirizzamento delle varie reti...7. Route di default stendendo ulteriormente il concetto di aggregazione, è possibile vedere come il router R potrebbe anche scegliere altri address range per aggregare le sue rotte: invece di specificare l address range /, potrebbe specificare una default route che servirebbe tutte le destinazioni che si raggiungono attraverso un certo next hop. In questo caso, la routing table di R diventerebbe: Type Network NextHop Cost C / S / La scelta di un opzione piuttosto dell altra è determinata dal contesto e dalla sensibilità dell operatore. In generale, con una default route è possibile aggregare tutte le route in una certa direzione, sostituendo N route che convergono sullo stesso next hop con una sola. Tuttavia può essere utilizzata una sola volta (ovviamente non possono esserci due default route). In pratica, la route di default è comunemente usata nel momento in cui una rete utente è collegata ad Internet, in quanto permette di raggiungere tutte le destinazione su internet senza doverle esplicitare una per una...8. Route a costi diversi È possibile indicare in una routing table due route alternative a costi diversi, come in questo esempio 3 : Type Network NextHop Cost S 0...0/ S 0...0/ In questo caso, il router sceglierà la prima route verso la rete in quanto ha costo inferiore ed ignorerà la seconda route. Tuttavia, nel caso in cui la prima route divenisse irraggiungibile (ad esempio l interfacca verso il next hop subisse un guasto), la prima route diventerebbe inutile e verrebbe utilizzata la seconda route che presenta un percorso alternativo verso la stessa destinazione. Questa configurazione viene comununemente indicata come route di backup. 3 Si noti che questo esempio non ha nulla a che fare con la topologia utilizzata sin qui. Infatti, route alternative a costo diverso hanno senso solamente nel caso ci siano percorsi alternativi verso una certa destinazione, cosa qui impossibile dal momento che la topologia non presenta magliature.

13 L utilità di questa configurazione è comunque molto limitata. Come si è visto dalla teoria, le route statiche di backup tendono a non funzionare in quanto il router non è in grado di rilevare guasti su reti non direttamente connese a sè stesso (anzi, in certi casi non vengono rilevati perfino alcuni di questi guasti; ad esempio il router in esame potrebbe non accorgersi quando l interfaccia viene spenta) e questo può provocare dei loops nei pacchetti. Infatti la prassi è di usare con molta parsimonia questa funzione nel caso di routing statico; con routing dinamico invece essa non è più necessaria in quanto il protocollo di routing provvede a ricalcolare gli instradamenti senza la necessità della route di backup. In secondo luogo, con questa tipologia di configurazione si inserisce un ulteriore livello di ambiguità nelle route dopo quello introdotto dalle route sovrapposte, in quanto un pacchetto può fare matching anche su regole con costi diversi. In caso di ambiguità l algoritmo di scelta della route privilegierà nell ordine () la route maggiormente specifica, quindi () quella a costo inferiore. Questo equivale a dire che le route a costo superiore devono avere lo stesso prefix length di quelle a costo inferiore, altrimenti o non verranno mai scelte (se si riferiscono a supernets) oppure verranno scelte sempre (se sono maggiormente specifiche). Ad esempio, con la seguente routing table: Type Network NextHop Cost S 0...0/ S 0...0/ la seconda route non verrà mai scelta per le destinazioni 0...0/4 in quanto la prima route è maggiormente specifica. Viceversa, con questa configurazione: Type Network NextHop Cost S 0...0/ S 0...0/ la seconda route verrà sempre scelta per le destinazioni 0...0/5 in quanto maggiormente specifica per queste destinazioni, indipendentemente dal costo. L unico caso in cui il costo entra in gioco nella scelta della route è pertanto quando le due reti destinazioni sono identiche, ma la route differisce per il valore del costo... Procedura per la definizione della routing table Avendo evidenziato i concetti alla base del routing e dell aggregazione delle route, si propone a questo punto una metodologia per la definizione della routing table. Anche se questa metodologia mira semplicemente a ricavare la routing table di ogni router, può essere sfruttata anche per definire un piano di indirizzamento che abbia maggiori capacità di aggregazione. Infatti, come visto in precedenza, l aggregazione di route dipende fortemente da come sono state assegnate le reti IP sulla topologia in esame e pertanto l amministratore di rete dovrà assegnare gli indirizzi in modo, se possibile, da favorirne l aggregabilità nel routing. La metodologia proposta comprende i seguenti passi: eterminazione della lista delle reti IP presenti nella topologia in esame e tipologia delle reti stesse (reti direttamente connesse / reti remote) efinizione dell albero di instradamento verso ogni rete IP individuata al punto precedente 3

14 Network: /4 Network: /4 eterminazione della routing table, con una route per ogni rete eterminazione di possibili aggregazioni di route La spiegazione farà uso della rete di esempio illustrata nella figura seguente.. R /30.30 R / Network: /5 Network: /4 È importante notare che la procedura di calcolo della routing table deve essere ripetuta per ogni router; ad esempio nella rete precedente dovrà essere ripetuta 3 volte (in quanto sono presenti 3 router). Infatti, anche se il percorso scelto da un router verso una destinazione non è completamente svincolato dal percorso che faranno altri router per raggiungere la stessa destinazione (in altre parole, se R raggiunge la rete /4 mandando i pacchetti verso R, R non può raggiungere la stessa rete mandando i pacchetti verso R), l albero di instradamento definisce i percorsi migliori da un punto verso tutte le possibili destinazioni. Ne consegue che, cambiando il punto iniziale da cui vengono calcolati i percorsi (ossia il router di cui si sta calcolando la routing table) cambierà la routing table e pertanto ogni router dovrà calcolare autonomamente la sua tabella di instradamento.... Lista e tipologia delle reti IP In questo passo è necessario semplicemente evidenziare quali sono le reti IP presenti nella topologia in esame, distinguendo tra reti IP direttamente connesse (ossia raggiungibili attraverso instradamento diretto dal router in esame) e remote (ossia raggiungibili attraverso instradamento indiretto, ossia il pacchetto viene recapitato al prossimo router verso la destinazione). Il risultato sulla rete di esempio è evidenziato in figura.. Lista e tipologia delle reti IP. R /30.30 R / Network: /5 Network: /4 4

15 Ne4... efinizione dell albero di instradamento ato l elenco delle destinazioni raggiungibili è necessario calcolare l albero di instradamento, ossia i percorsi seguiti dai pacchetti da un dato router verso tutte le destinazioni. Nel caso di una topologia semplice (come quella in figura) è possibile utilizzare l innata capacità umana di determinare i percorsi più brevi. Con topologie più complesse è possibile utilizzare algoritmi per il calcolo dello shortest path, ad esempio l algoritmo di ijkstra. Il risultato di questo passo sarà la modellizzazione della topologia in termini di grafo aciclico (o albero), rappresentante i percorsi per giungere a tutte le destinazioni presenti nella rete. Il risultato sulla rete di esempio è evidenziato in figura; in questo caso il risultato è particolarmente banale grazie alla mancanza di cicli nella rete originale, che impedisce il formarsi di percorsi multipli verso una stessa destinazione.. efinizione dell albero di instradamento R R Net Net3 Net Net5 Albero di instradamento R Net Net3 Costi di attraversamento dei link Net4 Net Net5 Si noti come in questo risultato siano importanti i costi di raggiungimento delle varie reti, che sono determinati dai costi di attraversamento dei routers (supposti unitari nella rete d esempio ed evidenziati con il loro valore nell albero di instradamento). Ad esempio, la rete Net5 sarà raggiungibile a costo 3 a partire dal router R. I costi sono necessari per poter privilegiare un percorso rispetto ad un altro (e scegliere quello a costo migliore) nel momento in cui percorsi multipli esistono per una stessa destinazione. Si noti anche come i routers non siano presenti nel grafo della topologia: l obiettivo è quello di determinare il percroso migliore verso ogni destinazione e i router intermedi non offrono nessuna informazione utile nell albero di instradamento. Pertanto possono essere tranquillamente omessi in questo passo...3. eterminazione della routing table Una volta ricavato l albero di instradamento, la scrittura della routing table è una operazione puramente meccanica. Ogni destinazione (ossia ogni rete IP) deve essere scritta all interno della routing table con le informazioni richieste (tipologia di route, rete/netmask, next hop, costo). L unica 5

16 Network: /4 avvertenza è relativa alla differenza tra le reti connesse/remote a causa principalmente del diverso valore del next hop nei due casi. Così, ad esempio, per la rete Net (direttamente connessa) la entry nella routing table sarà: Type Network NextHop Cost C / dove la tipologia della route è C ( connected ) e il next hop è l interfaccia del router stesso che viene utilizzata per raggiungere quelle destinazioni in instradamento diretto. Invece, per la rete Net5 (remota) la entry nella routing table sarà: Type Network NextHop Cost S / dove la tipologia della route è S ( static ) e il next hop è l interfaccia del prossimo router che viene utilizzata per raggiungere quelle destinazioni in instradamento indiretto. Il risultato sulla rete di esempio è evidenziato nella figura seguente, che riporta la routing table di tutti i routers presenti nella topologia in esame. 3. eterminazione della routing table Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / C / S / S / S / Routing table () Type Network NextHop Cost C / C / C / S / S / R /30.30 R / Network: /5 Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / C / S / S / S / Network: /4 Anche se, come detto in precedenza, il costo non è particolarmente significativo in una routing table, è fondamentale per calcolare il percorso migliore per raggiungere quella destinazione. Si noti pertanto come il costo di attraversamento per giungere alla rete Net sia pari a zero, quello per giungere alla rete Net3 sia pari a e quello per giungere alla rete Net4 sia pari a. Il costo S vicino alla rete Net4 è pertanto ininfluente alla soluzione dell esercizio ed entrerebbe in gioco solamente qualora ci fossero altre destinazioni raggiungibili oltre Net eterminazione di possibili aggregazioni di route L ultimo passo si riferisce alla determinazione delle aggregazioni di route ed è, in un certo senso, soggettivo. Il criterio che deve essere sicuramente soddisfatto è quello per cui le route aggregabili sono 6

17 Network: /4 quelle che condividono lo stesso valore di next hop, e queste route devono essere relative a reti non direttamente connesse (in quanto le route direttamente connesse non possono essere cancellate dalla routing table). La non oggettività dell operazione sta nel numero di route da aggregare in un certo address range e nell address range da utilizzare. L operatore più fare scelte differenti a seconda che privilegi le capacità di l aggregazione e quindi utilizzi supernet anche molto ampie (fino alla route di default), oppure che cerchi di minimizzarne i possibili effetti collaterali limitandosi a sostituire un certo numero di route con un nuovo address range che sia esattamente equivalente (ossia l unione degli address range originali deve essere uguale al nuovo address range). La figura seguente propone ambedue le soluzioni: nel caso dei routers R ed R vengono aggregate due reti /4 con l equivalente /3, mentre nel caso del router due reti remote (appartenenti a due address range non aggregabili esattamente con un nuovo address range) vengono sostituite da una route di default. Le routing table risultanti sono riportate nella figura seguente. 4. eterminazione di possibili aggregazioni di route S / Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / C / S / S / S / Routing table () Type Network NextHop Cost C / C / C / S / S / S / R /30.30 R / Network: /5 Routing table (R) Type Network NextHop Cost C / C / S / S / S / Network: /4 S /

18 Parte II. sercizi 8

19 . sercizi.. sercizio n. efinire l albero di instradamento di tutti i nodi della rete in figura. Scrivere inoltre la tabella di routing di ogni router, in forma (router di destinazione - next hop router). A 3 B C sercizio n. efinire l albero di instradamento di tutti i nodi della rete in figura. Scrivere inoltre la tabella di routing di ogni router, in forma (router di destinazione - next hop router). A 3 B C G 4 4 F H 9

20 .3. sercizio n. 3 ata la rete in figura, ricavare la routing table di R aggregando le route in modo da: comprendere spazi di indirizzamento esattamente equivalenti a quelli originali (oppure) ottenere il minor numero possibile di entry nella routing table. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Address range /../7..37/30..4/30 R 5 R.0.54/4+..6/5..33/30..54/5.4. sercizio n. 4 ata la rete in figura, ricavare la routing table di R aggregando le route in modo da: comprendere spazi di indirizzamento esattamente equivalenti a quelli originali (oppure) ottenere il minor numero possibile di entry nella routing table. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Address range /../7..37/30..4/30 R R.0.54/4+..6/5..33/ /5 0

21 .5. sercizio n. 5 ata la rete in figura, ricavare la routing table di R aggregando le route in modo da: comprendere spazi di indirizzamento esattamente equivalenti a quelli originali (oppure) ottenere il minor numero possibile di entry nella routing table. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Internet Address range / /30 3 R.54/3 3.86/ /7 4.54/4 R 3.88/30 R4 3.97/ / /8 3.8/9 3.6/5

22 .6. sercizio n. 6 ata la rete stessa rete dell esercizio precedente (e indicata in figura), ricavare la routing table di R4 ottenuta cercando di ottenere il minor numero possibile di entry nella routing table. Si evidenzi se il numero di route è maggiore o minore rispetto a quelle presenti nel router R e ne si spieghi il motivo. Internet Address range / /30 3 R.54/3 3.86/ /7 4.54/4 R 3.88/30 R4 3.97/ / /8 3.8/9 3.6/5

23 7 hosts 0 hosts.7. sercizio n. 7 ata la rete in figura, definire un piano di indirizzamento che: massimizzi l aggregazione delle route su R (oppure) minimizzi il numero di indirizzi allocati per la gestione della rete. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Address range /3 R R 0 hosts 60 hosts 3

24 5 hosts 4 hosts.8. sercizio n. 8 ata la rete in figura, definire un piano di indirizzamento che: massimizzi l aggregazione delle route su R (sia nel caso in cui lo spazio di indirizzamento aggregato sia esattemente equivalente a quello originale, sia nel caso in cui vengano gestite route attraverso supernets) (oppure) minimizzi il numero di indirizzi allocati per la gestione della rete. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Address range /4 R R 80 hosts 70 hosts 4

25 5 hosts 4 hosts.9. sercizio n. 9 Basandosi sull esercizio precedente e data la rete in figura (identica al caso precedente tranne per i costi assegnati ai links), si definisca un piano di indirizzamento che massimizzi l aggregazione delle route su R, sia nel caso in cui lo spazio di indirizzamento aggregato sia esattamente equivalente a quello originale, sia nel caso in cui vengano gestite route attraverso supernets. I numeri in corsivo sulla rete rappresentano i costi di attraversamento dei link; si suppongano unitari i costi non esplicitamente indicati in figura. Address range /4 R R 80 hosts 70 hosts 5

26 60 hosts*.0. sercizio n. 0 Realizzare un piano di indirizzamento per la rete in figura che massimizzi l aggregazione di route sul router R. Scrivere inoltre la routing table di tutti i routers, supponendo che si voglia massimizzare l aggregazione delle route (sono ammesse supernets, ma non la route di default). Si noti che per le reti indicate con l asterisco in figura è prevista l esigenza di aggiungere un certo numero di hosts in futuro. 0 hosts* 0 hosts R R Address range: / 3 R4 48 hosts 7 hosts 6

27 33 hosts 00 hosts*.. sercizio n. Realizzare un piano di indirizzamento per la rete in figura che massimizzi l aggregazione di route sul router R. Scrivere inoltre la routing table di tutti i routers, supponendo che si voglia massimizzare l aggregazione delle route (sono ammesse supernets). Si noti che per le reti indicate con l asterisco in figura è prevista l esigenza di aggiungere un certo numero di hosts in futuro. 50 hosts* 500 hosts 500 hosts Internet Address range: / R R 4 R4 0 hosts 5 hosts 0 hosts 0 hosts 7

28 33 hosts 00 hosts*.. sercizio n. ata la stessa topologia dell esercizio precedente (ma con diversi costi dei link), realizzare un piano di indirizzamento per la rete in figura che massimizzi l aggregazione di route sul router R. Scrivere inoltre la routing table di tutti i routers, supponendo che si voglia massimizzare l aggregazione delle route (sono ammesse supernets). Si noti che per le reti indicate con l asterisco in figura è prevista l esigenza di aggiungere un certo numero di hosts in futuro. 50 hosts* 500 hosts 500 hosts Internet Address range: / R R R4 0 hosts 5 hosts 0 hosts 0 hosts 8

29 33 hosts / /4 00 hosts*.3. sercizio n. 3 ata la topologia dell esercizio precedente e le relative routing table degli apparati, il gestore della rete ha deciso di configurare alcune rotte statiche aggiuntive di backup per poter reagire automaticamente ad alcuni guasti che potrebbero verificarsi nella rete. In particolare, il gestore vuole garantire al router R la raggiungibilità delle LAN collegate ad R4 (raggiungibili di preferenza attraverso ) anche a fronte del collegamento -R4 (in questo caso si vuole che il percorso sia attraverso R). Il gestore ha pertanto modificato le routing table di R ed come si vede dalla figura seguente (le route direttamente connesse vengono omesse per chiarezza): 50 hosts* 500 hosts 500 hosts Internet / / / /30 7.5/30 5./4 7.7/30 R /30 0./3./3 R 4./4 7./ / / /30 7.9/6 6./4 7.33/ / /30 R4 7./5 7.93/ / / / /8 0 hosts 5 hosts 0 hosts 0 hosts R (only static routes) ==================================== S / S / S / S / S / S / (only static routes) ================================== S / S / S / S / eterminare se la modifica introdotta dal gestore è efficace; in caso negativo evidenziarne i problemi e proporre eventuali soluzioni migliorative. 9

30 .4. sercizio n. 4 ata la rete in figura, l host H genera un pacchetto IP per l host H. Il pacchetto viene recapitato correttamente ad R, il quale deve provvedere ad instradarlo verso la destinazione. ate le differenti configurazioni del router R a livello di routing table ed ARP cache indicate in figura, determinare il percorso del pacchetto nei tre casi. Indicare infine se la soluzione cambierebbe nel caso in cui la rete LAN fosse realizzata con degli switch di livello anzichè con una infrastruttura thernet condivisa. LAN IP: /4 MAC:00:00:00::: IP: /4 MAC:00:00:00::: R IP: /4 IP: /4 R IP: /4 MAC:00:00:00:AA:AA:AA MAC:00:00:00:BB:BB:BB IP: /4 MAC:00:00:00:CC:CC:CC H IP: /4 MAC: 00:00:00::: G: H IP: /4 MAC: 00:00:00::: G: R config (case ) Routing table (R) ================================= Type Network Next Hop Cost S / [... directly connected...] R config (case ) R config (case 3) Routing table (R) ================================= Type Network Next Hop Cost S / [... directly connected...] Routing table (R) ================================= Type Network Next Hop Cost S / [... directly connected...] ARP cache (R) ================================== Type Address MAC S :00:00::: ARP cache (R) ================================== Type Address MAC S :00:00:AA:AA:AA ARP cache (R) ================================== Type Address MAC S :00:00::: 30

31 Parte III. Soluzioni 3

32 3. Soluzioni 3.. Soluzione per l esercizio n. L albero di instradamento dei vari nodi è riportato in figura. A C B A C B A C B A C B A C B L unica ambiguità è riferita alle destinazioni che hanno strade multiple allo stesso costo (ad esempio il router A ha due strade equivalenti verso la destinazione ). Il disegno riporta una sola di queste soluzioni per questioni di chiarezza, mentre vengono riportate ambedue nelle routing table seguenti. Si precisa che nel caso di percorsi equivalenti, la scelta di uno o dell altro (dal punto di vista puramente del routing) è completamente arbitraria. Le tabelle dei vari routers saranno le seguenti: Nodo A estinazione Next-hop B B C C B/C C Nodo B estinazione Next-hop A A C 3

33 Nodo C Nodo estinazione Next-hop estinazione Next-hop A A A B/C B B B C C Nodo estinazione A B C Next-hop C C 33

34 3.. Soluzione per l esercizio n. La soluzione di questo esercizio è analoga a quello precedente. Si riportano gli alberi di instradamento per un sottoinsieme dei router presenti, e tutte le routing table. A B C G H F A B C G H F A B C G H F A B C G H F Si noti come alcuni router abbiano percorsi equivalenti per una stessa destinazione (ad esempio C ha due percorsi equivalenti a costo 6 verso A), ma questo non traspare dalla routing table in quanto ambedue fanno capo allo stesso next hop router (). Nodo A estinazione Next-hop B B C B/ B/ F G H Nodo B estinazione Next-hop A A C A F A G H 34

35 Nodo C Nodo estinazione Next-hop estinazione Next-hop A A B/G B B B C C G F F G G G G H H G Nodo Nodo F estinazione Next-hop estinazione Next-hop A A A B A B C G C G F F G G G H G H /H Nodo G Nodo H estinazione Next-hop estinazione Next-hop A A G B B G C C G G G F F G/F H H G G 3.3. Soluzione per l esercizio n. 3 La routing table del router R è indicata nelle tabelle seguenti, differenziata a seconda del criterio scelto per effettuare le aggregazioni Route con spazio di indirizzamento equivalente Tipo Rete destinazione Next hop Costo / / /