ASSEGNAZIONE INDIRIZZI IP

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1 Autore: Classe: Michele NASO QUINTA INFORMATICA (5IA) Anno scolastico: 2004/2005 Scuola: Itis Euganeo ASSEGNAZIONE INDIRIZZI IP Il documento vuole dare una metodologia per assegnare in modo corretto gli indirizzi IP dei nodi di una rete che implementa l architettura TCP/IP. Il tutto è corredato dalla proposta di diversi esempi di assegnazione.

2 Esempio di un piano di Numerazione di una rete Premesse: L esempio sotto riportato vale per le reti che utilizzano la numerazione di IPv4 classfull. Si premette che l indirizzo IP indica dove si trova la risorsa, l URL, indirizzo web, indica come si chiama la risorsa e viene utilizzato dai server DNS per ricavarne l indirizzo IP, mentre la route indica il percorso,la sequenza router, utilizzata per raggiungere la risorsa. Un indirizzo IP è costituito da 32 bit,4 ottetti, e viene rappresentato mediante la notazione dot (punto). La notazione dot consiste nel tradurre i bit di ciascun ottetto, inteso come numero naturale, in base dieci e separando ogni numero con il punto da cui il termine notazione dot. Un indirizzo IP è scritto come :X.Y.Z.T dove X,Y,Z,T rappresentano ciascuno un numero decimale compreso tra 0 e 255. Nell IP classfull l indirizzo viene diviso i due parte: una parte chiamata NET o RETE e una parte chiamata Host. Secondo questo criterio l ente che gestisce gli indirizzi IP lo IANA ha classificato le reti in Classi e precisamente classe A,Classe B, Classe C, Classe D, Classe E. Le prime 3 classi individuano nodi, con il termine nodo intendiamo sia un host e sia un router o meglio connessioni. Un nodo ha tanti indirizzi IP quante sono le interfacce sulla RETE. La classe D individua applicazioni Multicast mentre la classe E è utilizzata per usi futuri o di ricerca. Nelle reti di classe A l ottetto più significativo dell indirizzo IP è riservato per individuare la rete mentre i successivi 3 ottetti sono dedicati al campo Host. Nelle reti di classe A il primo bit del campo Net deve essere 0 per cui avremo: Indirizzo IP 4 ottetti Indirizzo Rete 8 bit Indirizzo Host 24 bit 0xxxxxxx yyyyyyyy zzzzzzzz tttttttt Dall analisi della struttura dell indirizzo ricaviamo che per identificare la rete abbiamo disponibili 7 bit per cui possiamo avere teoricamente 127 reti ( con 7 bit il massimo valore è 2 7-1). Ogni rete di classe A, avendo a disposizione 24 bit può avere un numero di host pari a il meno 2 è perché due indirizzi del campo host individuano la rete a cui l host è collegato e l altro l indirizzo indica l indirizzo di broadcast e precisamente il primo ha il campo host con tutti i bit a 0 e l altro con tutti i bit del campo host tutti a 1. Esempio: l indirizzo identifica un host della rete di classe A che ha come indirizzo di broadcast Nelle reti di classe B i due ottetti più significativi dell indirizzo IP sono riservati per individuare la rete mentre i successivi 2 ottetti sono riservati al campo host. Nelle reti di classe B i primi due bit del campo Net sono 10 per cui avremo: Naso Michele ITIS Euganeo 1

3 Indirizzo IP 4 ottetti Indirizzo Rete 16 bit Indirizzo Host 16 bit 10xxxxxx yyyyyyyy zzzzzzzz tttttttt Dall analisi della struttura dell indirizzo ricaviamo che per identificare la rete abbiamo a disposizione 14 bit per cui abbiamo teoricamente 2 14 reti con un numero di host, avendo a disposizione 16 bit, ciascuna pari a Pertanto una rete di classe B ha il primo numero compreso tra 128 e 191. Esempio l indirizzo IP: individua un nodo della rete di classe B che ha l indirizzo di broadcast Nelle reti di classe C i tre ottetti più significativi dell indirizzo IP sono riservati per individuare la rete mentre 1 ottetto è riservato al campo host. Nelle reti di classe C i primi tre bit del campo Net sono 110 per cui avremo: Indirizzo IP 4 ottetti Indirizzo Rete 24 bit Indirizzo Host 24 bit 110xxxxx yyyyyyyy zzzzzzzz tttttttt Dall analisi della struttura dell indirizzo rileviamo che sono disponibili 21 bit per identificare la rete;quidi abbiamo teoricamente 2 21 reti con un numero di host, 8 bit per il campo host, ciascuna pari a Pertanto una rete di classe C ha il primo numero compreso tra 192 e 223. Esempio l indirizzo IP: individua un nodo della rete di classe C che ha l indirizzo di broadcast Con le reti di classe D gli indirizzi non rappresentano più indirizzi di interfaccia dei nodi bensì delle applicazioni. Essi sono caratterizzati dal fatto che i primi 4 bit del primo ottetto sono 1110 e pertanto i rimanenti 28 bit sono indirizzi di multicast. Indirizzo IP 4 ottetti Classe D Indirizzo di multicast 28 bit 1110 xxxx yyyyyyyy zzzzzzzz tttttttt Una rete di classe D si individua dal fatto che il primo ottetto ha un valore compreso tra Indirizzo IP 4 ottetti Classe E Riservato per usi futuri 1111 xxxx yyyyyyyy zzzzzzzz tttttttt Naso Michele ITIS Euganeo 2

4 Quando verrà assegnato una rete di classe E è individuato dal valore del primo ottetto che deve essere compreso fra 240 e 255. Subnetting Per gli indirizzi IP classfull è lasciata facoltà di organizzare all ente che ha acquistato il lotto di indirizzi di una rete di dividere lo spazio host in modo tale da definire delle subnetting. Per generare delle subnetting si considerano alcuni bit, i più significativi, del campo host come facenti parte dell indirizzo di rete. Segue da se che il numero si subnet è una potenza di 2. Esempio se considero uno rete di classe C gli otto bit del campo host li divido in due parti una che mi individua il numero di subnet e l altro il numero di host di ciascuna subnet. Esempio se considero la rete di classe C Se considero un solo bit per la subnet genererò 2 subnet ciascuna aventi 126 host, devo sempre considerare il numero di indirizzi meno due da assegnare alla subnet e al relativo indirizzo di braoadcast. Se considero 2 bit per la subnet avremo 4 subnet ciascuna delle quali avrà 62 indirizzi per il campo host e così via. Netmask o Subnet Mask La netmask è una configurazione di bit di valore 1 corrispondenti ai bit del campo Net ed eventualmente anche subnet e tutti 0 in corrispondenza del campo Host. Per una rete di classe A la subnet naturale è perché solo il primo ottetto è indirizzo di rete. Per una rete di classe B la subnet naturale è perché i primi due ottetti costituiscono gli indirizzi di rete. Per una rete di classe C la subnet naturale è perché sono i primi 3 ottetti a formare l indirizzo di rete. Un modo per scrivere un indirizzo di rete e la netmask contemporaneamente è la seguente <Indirizzo di rete>/<numero di bit a 1 della netmask> Per una rete di classe A avremo per esempio /8 Per una rete di classe B avremo per esempio /16 Per una rete di classe C avremo per esempio /24 La netmask serve ad un host per sapere se una frame deve inviarla direttamente nella LAN a cui è collegato raggiungendo direttamente l host destinatario nel caso in cui quest ultimo si trovi collegato nella stessa rete,oppure consegnarla al router di riferimento affinché trovi lui il percorso migliore per raggiungere l host destinatario. Esempio supponiamo di avere un host appartenente alla rete di classe C con indirizzo e vuole mandare un messaggio all host L host mittente fa l operazione di AND logico tra l indirizzo del mittente: con la net mask e ottiene come risultato ricordo che la net mask ha i 24 bit più Naso Michele ITIS Euganeo 3

5 significativi a 1 mentre gli 8 bit meno significativi 0. Successivamente fa l operazione di AND logico tra la netmask e l indirizzo del destinatario: ottenendo ancora poiché i due risultati coincidono vuol dire che gli host appartengono alla stessa LAN è poiché in una LAN la comunicazione è broadcast può inviare la frame direttamente al destinatario. Nel caso in cui l host appartenesse ad un altra rete per esempio alla rete il secondo AND darebbe come risultato cioè un risultato diverso per cui l host affiderà la frame per la consegna al destinatario il router di riferimento. Naso Michele ITIS Euganeo 4

6 Subnet ES1 ES2 ES Subnet R R1 Subnet R R R Subnet Subnet ES7 ES8 ES9 ES4 ES5 ES6 Naso Michele ITIS Euganeo 5

7 Supponiamo di avere una rete, come in figura, alla quale l autorità responsabile per l assegnazione degli indirizzi IP ha assegnato il seguente indirizzo di rete di classe C IP: la netmask, utilizzando gli IP classfull è che possiamo scrivere come /24 dove il 24 indica il numero di bit di valore 1 consecutivi presenti nella netmask a partire dal bit più significativo. Ricordando che nell architettura TCP/IP i router non appartengono a nessuna subnet e che non esiste il concetto di collegare due router direttamente perché questi devono collegare solo subnet; pertanto nel caso in cui due router siano collegati direttamente, questi dovranno costituire una subnet anche se costituita da due soli elementi. In base a queste considerazioni dobbiamo considerare la rete come costituita da 5 subnet, ricordo che la subnet è un organizzazione interna per cui il mondo considererà qualsiasi end system appartenente alla subnet raggiungibile attraverso l indirizzo di rete. Sarà, successivamente, compito dei router interni instradare correttamente il datagramma nella giusta subnet. End system appartenenti a subnet diverse non possono avere lo stesso numero di host. Dovendo partizionare la rete in 5 subnet abbiamo bisogno di utilizzare i 3 bit più significativi del campo Host per indicare le subnet dal momento che il partizionamento deve avvenire per potenze di 2.. Pertando la nostra rete sarà partizionata in 8 subenet ciascuna avente 30 indirizzi per il campo host. Poiché dobbiamo utilizzare 3 bit per indirizzare le subnet ci restano 5 bit per il campo host. Teoricamente abbiamo pertanto 32 indirizzi ma poiché un indirizzo individua la subnet quello con il campo host a tutti 0 ed un indirizzo è riservato per il broadcast quello con il campo host a tutti 1, segue che per ogni subnet abbiamo 30 indirizzi per numerare gli host. Ovviamente, nell esempio consideriamo che le subnet non contengano più di 30 nodi. Ricordo che con il termine nodo intendiamo indifferentemente Host o Router Host:3 subnet + 5 host S1 S2 S3 H1 H2 H3 H4 H5 Naso Michele ITIS Euganeo 6

8 Utilizzando i 3 bit più significativi del campo Host otteniamo 8 subnet ciascuna aventi 30+2 host N Indirizzo di Subnet Indirzzo di Broadcast Dominio degli Subnet: S1 S2 S3 della Subnet indirizzi di host S1 S2 S3 S1 S2 S3 : : H1 H2 H3 H4 H5 H1 H2 H3 H4 H5 S1 S2 S Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Subnet Pertanto lo spazio indirizzi della net sarà distribuito tra le subnet nel seguente modo Per i nodi della Subnet 1 assegniamo i seguenti indirizzi SUBNET 1: NetMask: Oppure : /27 Indirizzo di Broadcast: Nome Nodo Indirizzo IP ES ES ES R R SUBNET 2: NetMask: Oppure : /27 Indirizzo di Broadcast Nome Nodo Indirizzo IP ES ES ES R R SUBNET 3: NetMask: Oppure : /27 Indirizzo di Broadcast Nome Nodo Indirizzo IP R R Naso Michele ITIS Euganeo 7

9 SUBNET 4: NetMask: Oppure : /27 Indirizzo di Broadcast: Nome Nodo Indirizzo IP R R SUBNET 5: NetMask: Oppure : /27 Indirzzo di Broadcast: Nome Nodo Indirizzo IP ES ES ES R R Si fa notare come ai Router sono allocati gli indirizzi dei nodi più alti, questa è semplice e pura convenzione adottata dai più. Affinché la rete possa funzionare bisogna che nei router sia caricata manualmente o calcolata automaticamente dai router stessi attraverso un algoritmo distribuiti e adattativo. Nel nostro esempio lo calcoliamo manualmente per il router R2 con comandi del tipo Add route <indirizzo della rete di destinazione non collegata direttamente al router> <indirizzo <della rete collegata direttamente al router attraverso cui si instrada il datagramma> Nell esempio di figura una possibile tabella per il router R2 può essere caricata utilizzando i seguenti comandi: Il router R2 non è direttamente collegato alle subnet 2,4,5; mentre è collegato alle subnet 1 e 3, pertanto la sua tabella caricata manualmente potrebbe essere: route add i datagrammi verso la subnet 2 saranno instradate verso la subnet 3 alla quale il router è direttamente collegato. rout add I datagrammi verso la subnet 4 saranno instradati attraverso la subnet 1 rout add I datagrammi verso la subnet 5 saranno instradati attraverso la subnet 1 Riassumendo la tabella di instradamento di R2 è la seguente Tabella di instradamento per R2 Subnet di Subnet di destinazione instradamento Come possiamo notare come destinatari abbiamo le subnet in cui il router non è direttamente collegato, mentre come subnet di instradamento abbiamo le subnet a cui il router è direttamente collegato. Per terminare la configurazione dobbiamo associare ad ogni host il proprio router di default con un comando del tipo: route add default <indirizzo router> Naso Michele ITIS Euganeo 8

10 Per esempio per gli host della subnet 1 possiamo assegnare come router di default R2 per cui possiamo scrivere route add default I router di default sono i router a cui le stazioni affidano i datagrammi che non sono in grado di instradare direttamente e cioè agli host che non appartengono alla propria subnet. Ricordiamo che in una LAN la comunicazione è broadcast pertanto se si deve mandare una frame ad un host della propria rete basta inviarlo. Naso Michele ITIS Euganeo 9

11 Esempio: Supponiamo che ES1 voglia mandare un datagramma alla ES4 supponendo che conosca l indirizzo IP di ES4: ES1 di indirizzo fa l operazione di AND logico fra il suo indirizzo e la netmask ottenendo cioè l indirizzo della propria subnet Nella riga in rosso abbiamo la traduzione in binario dell IP della ES1, nella riga in blu abbiamo la traduzione binaria della netmask Nella riga in fucsia troviamo il risultato dell And delle due righe precedente. Possiamo rilevare che otteniamo l IP della subnet di appartenenza della ES1 : Successivamente ES1 fa l And tra la Nemask e l indirizzo della ES4: Nella riga in rosso abbiamo la traduzione in binario dell IP della ES4, nella riga in blu abbiamo la traduzione binaria della netmask Nella riga in fucsia troviamo il risultato dell And delle due righe precedente. Possiamo rilevare che otteniamo l IP della subnet di appartenenza della ES4 : Poiché i due risultati sono diversi ES1 manda il datagrama al router di default, R2 R2 fa l AND logico tra l IP di ES4 con la Netmask trovando la subnet di appartenenza di ES4, quindi consulta la tabella di routing ed invia il datagramma al router R4 attraverso la subnet da cui l ha ricevuta. R4 consulterà la propria tabella di instradamento che conterrà un entry Naso Michele ITIS Euganeo 10

12 da dove ricava che deve mandare il datagramma a R3. R3 leggendo la propria tabella di routing scoprirà che WS4 si trova nella subnet 5 a cui lui è collegato e quindi invia il pacchetto dalla porta alla WS4. Il router R2 quando scopre che deve instradare nella stessa rete da cui ha ricevuto il pacchetto, instrada lo stesso il datagramma ma invia a WS1 un messaggio di routing Redirect per avvisarlo che la prossima volta deve inviare il datagramma direttamente a R4. Il messaffio di Routing redirect è un comando ICMP. Struttura dei datagrammi utilizzati per consegnare il pacchetto a ES4. MAC destinatario MAC mittente IP destinatario IP mittente Dati livello 3 1 MAC R2 MAC ES1 IP ES4 IP ES1 Dati livello 3 2 MAC R4 MAC R2 IP ES4 IP ES1 Dati livello 3 3 MAC R3 MAC R4 IP ES4 IP ES1 Dati livello 3 4 MAC ES4 MAC R3 IP ES4 IP ES1 Dati livello 3 Nella riga 1 la ES1 dopo avere individuato che ES4 non è nella propria subnet confeziona una frame nella quale mette come indirizzo MAC destinatario quello del router R2 e come MAC mittente il proprio. Nella riga 2 R2 calcola che il datagramma deve passare attraverso R4 pertanto confeziona una frame mettendo come MAC destinatario R4 e come MAC mittente R2. Nella riga R4 scopre che deve può consegnare il pacchetto attraverso R3 quindi confeziona l opportuna frame per R3. Nella riga 4 R3 scopre che ES4 si trova in una della subnet a cui è direttamente collegato, subnet 5, e dopo avere confezionato l opportuna frame la manda a ES4. Come si può rilevare gli indirizzi IP non cambiano mai, cambiano i vari MAC address. Naso Michele ITIS Euganeo 11

13 Subnetting a dimensioni variabili Da quanto abbiamo affermato e lavorando adeguatamente con le netmask possiamo generare subnetting a dimensioni diverse e non necessariamente tutte con lo stesso numero di indirizzi come abbiamo visto prima. Per esempio supponendo di avere la rete X posso dividerla generando 3 subnet da 64 indirizzi, 1 rete da 32 indirizzi, 1 da 16 indirizzi e 4 da 4 indirizzi. Il numero degli indirizzi da destinare ai nodi deve essere diminuito di 2 per il solito indirizzo di subnet e di broadcast. Siccome abbiamo 3 subnet da 64 in una prima fase ne genererò 4 utilizzando i primi 2 bit del campo host per identificare la subnet. Per le prime 3 utilizzerò le configurazioni dei bit i 00,01,10 per cui avremo Soluzione: Subnet e netmask Numero di nodi Indirizzi disponibili Indirizzo di broadcast per i nodi / = / = / = Della subnet con configurazione 11 ne creiamo 2 utilizzando un ulteriore bit per cui i primi 3 bit del campo host con configurazione 110 lo utilizzerò per generare la subnet da 32 indirizzi quindi avremo Subnet e netmask Numero di nodi Indirizzi disponibili per Indirizzo di broadcast i nodi / = L altra configurazione e precisamente la 111 ed utilizzando un ulteriore bit del campo host avremo disponibile come indirizzo di subnet la configurazione 1110 la utilizziamo per generare la sunbet da 16 indirizzi. Subnet e netmask Numero di nodi Indirizzi disponibili Indirizzo di broadcast per i nodi / = Dalla configurazione 1111 utilizzando due ulteriori bit del campo host otterrò 4 subnet da 4 indirizzi è precisamente , , ,11111 per cui avremo Subnet e netmask Numero di nodi Indirizzi disponibili Indirizzo di broadcast per i nodi /30 4-2= /30 4-2= /30 4-2= /30 4-2= Naso Michele ITIS Euganeo 12

14 Glossario Locuzione Significato DATAGRAMMA PDU scambiata a livello di rete secondo l architettura TCP/IP Sistema collegato alla rete che implementa tutti i livelli End_System dell architettura di rete secondo la terminologia ISO/OSI FRAME PDU scambiata dagli strati a livello mac secondo l architettura TCP/IP Termine utilizzato per indicare IE che interconnette oltre il livello3 ma GATEWAY non applicativo. Attenzione quindi che il suddetto termine assume significato diverso a seconda dell architettura di rete considerata. Sistema collegato alla rete che implementa fino al livello di rete Intermediate dell architettura System MESSAGGIO NODO PACCHETTO PDU SEGMENTO PDU scambiata a livello di trasporto secondo l architettura TCP/IP dal protocollo di trasporto UDP Termine utilizzato per indicare un End-System, secondo la terminologia ISO/OSI oppure Work-Station secondo la terminologia IEEE oppure host secondo l architettura TCP/IP, o un Intermediate System secondo la terminologia ISO/OSI, Router o Gateway secondo l architettura TCP/IP Termine generico per indicare una PDU a qualsiasi livello Protocol Data Unit, termine generico, utilizzato nel modello di riferimento per le architetture di rete secondo lo standard ISO/OSI, per indicare il messaggio scambiato tra i protocollo di pari livello PDU scambiata a livello di trasporto secondo l architettura TCP/IP dal protocollo di trasportotcp Naso Michele ITIS Euganeo 13

15 Titolo: Autore: Classe: Assegnazione indirizzi IP Michele NASO QUINTA INFORMATICA (5IA) Anno scolastico: 2004/2005 Scuola: Note legali: Itis Euganeo Via Borgofuro Este (PD) - Italy Telefono Fax informazioni@itiseuganeo.it Diffusione consentita con obbligo di citarne le fonti