Indirizzamento ed Instradamento

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1 Indirizzamento ed Instradamento Adelmo De Santis 1 Introduzione 2 1

2 Introduzione Reti di calcolatori Sono insiemi di calcolatori, distribuiti geograficamente che possono scambiare dati ed informazioni tra di loro. 3 Introduzione Reti di calcolatori Internet: è una rete di reti. 4 2

3 Introduzione Protocolli Comunicazione possibile se basata su REGOLE per lo scambio dei dati e per il loro controllo -> PROTOCOLLI 5 Introduzione Protocolli Uno dei primi protocolli di tipo layered nato nei primi anni 70; Protocollo di tipo «open» 6 3

4 Introduzione Protocolli 7 Introduzione Protocolli 8 4

5 Introduzione Protocolli 9 Introduzione Indirizzamento Il modello ISO/OSI descrive il processo di codifica, formattazione, segmentazione e incapsulamento dei dati. Ogni frammento di dati che viene immesso nella rete deve avere un indirizzo sorgente ed un indirizzo destinazione. Ci sono differenti tipologie di indirizzi che sono coinvolte nell indirizzamento dei dati in una comunicazione. 10 5

6 Introduzione Indirizzamento Host Physical Address - MAC Media Access Control Si occupa dell accesso alla risorsa contesa: IL CANALE DI COMUNICAZIONE Molto importante in ambito Wireless Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Se una stazione ha dati da trasmettere, ascolta il canale: Canale libero -> trasmissione dei dati Canale occupato > attesa Collisione -> attesa per un tempo casuale e ascolto del canale Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Collisione: le stazioni rilevano la collisione, interrompono la trasmissione e attendono un tempo casuale prima di impegnare nuovamente il canale. 11 Introduzione Indirizzamento Host Physical Address - MAC Fa parte del PDU di Layer 2 (FRAME); Indirizzo del destinatario sul mezzo FISICO; 12 6

7 Introduzione Indirizzamento Indirizzo di Livello 3 - IP Schema di indirizzamento che consente di scambiare dati tra dispositivi che fanno capo a RETI differenti; Sono gestiti da apparati di livello 3 (router) che analizzano l indirizzo IP determinano dove debbono andare i dati ed effettuano la loro spedizione. 13 Introduzione Indirizzamento Indirizzo di Livello 4 TCP/UDP Sono indirizzi che consentono di fare arrivare i dati alle corrette applicazioni sulla macchina destinatario. 14 7

8 Standar Tecnologia di Base 16 8

9 Rete Semplice Può essere realizzata attraverso la creazione di un «bus» condiviso. Topologia: BUS Tecnologia: 10 Base 2/5 Utilizzava un cavo coassiale con impedenza 50 ohm Tutti i calcolatori sullo stesso BUS Dorsali realizzate con cavo «thick ethernet» a bassa perdita Molto problematica (collisioni) 17 Rete Semplice Basata su «segmenti» lunghi massimo 185 metri. Estensione di copertura attraverso «repeater» Dispositivi semplici che amplificano il segnale Utilizzo di BRIDGE per segmentare la rete e ridurre i domini di collisione Numero limitato di nodi nella rete. 18 9

10 Rete Semplice Topologia STELLA Tecnologia 10 Base T Utilizza concentratori HUB (attivi passivi intelligenti); Ripetitori MULTIPORTA Migliori prestazioni derivano dal nuovo layer fisico; Minore lunghezza di segmento: 100m 19 Rete Semplice Topologia STELLA STELLA ESTESA Tecnologia 10 Base T Utilizza concentratori SWITCH Bridge Multiporta Ottime prestazioni e possibilità di crescita. Standard consolidato

11 Rete Semplice Differenze sostanziali tra SWITCH e HUB Differenze enormi tra switch e switch sulla base dei costi: Capacità di commutazione Possibilità di configurazione Affidabilità nel lungo periodo Caratteristiche avanzate e supporto di protocolli enterprise. Switch entry level di buon livello circa 110 euro (16 porte): 6,8 euro/porta Switch medium level 24 porte gigabit 620 euro: 25 euro/porta Switch enterprise level 48 port gigabit 4300 euro: 90 euro/porta 21 Rete Semplice Switch Come sono fatti? 22 11

12 23 Protocollo IPv4 - caratteristiche Protocollo di tipo «connectionless»; Best Effort Delivery -> nessun overhead per il controllo di consegna; Media Independent; Unreliable Protocol (protocollo inaffidabile): non ha la capacità di gestire e recuperare pacchetti errati o persi. Studiato per massimizzare la velocità ed il carico di processamento

13 Protocollo IPv4 - pacchetto 25 Protocollo IPv4 Indirizzo IP unico per ogni dispositivo presente in rete ( ); Lunghezza: 32 bit rappresentazione: dotted decimal form Nell indirizzo si possono identificare due parti: network: è invariato per tutti gli host che appartengono alla stessa rete; host: la lunghezza di questo campo determina la grandezza della rete; Network Address: indirizzo che indica la rete; Broadcast Address: indirizzo speciale, invia dati a tutti gli hosts della rete; Host Address: Indirizzo assegnato ai dispositivi finali della rete (PC o altro); 26 13

14 Protocollo IPv4 - Tipologie Come riconoscere la «network portion» in un indirizzo IP? Indicazione «prefix length» - Il numero dei bit della porzione di rete. 27 Protocollo IPv4 - Tipologie 28 14

15 Protocollo IPv4 - Tipologie 29 Protocollo IPv4 - Tipologie Esempio 1 Network address: /24 Netmask Broadcast address Host: Esempio 2 (subnetting) Network address /28 Netmask Broadcast address

16 Protocollo IPv4 - Tipologie Esempio 1 (supernet) Network address /20 Netmask Address Real Network: /20 BroadCast Protocollo IPv4 Tipologie di trasmissione UNICAST invio dei dati da un host ad un altro host direttamente; il campo «destination address» è istanziato con l indirizzo del destinatario; BROADCAST Invio dei dati a tutti gli host di una stessa RETE; utilizzo di un indirizzo destinazione speciale; usato per applicazioni speciali, tipicamente query. MULTICAST Invio di un solo pacchetto per soddisfare tanti host; I client multicast devono effettuare una sottoscrizione al servizio; Protocolli ausiliari; Conservazione della banda

17 Protocollo IPv4 Indirizzi Riservati Segmento MULTICAST (RFC 790) > Segmento SPERIMENTALE (RFC 1700 e 3330) > Blocchi di indirizzi PRIVATI (RFC 1918) > ( /8) > ( /12) > ( /16) 33 Protocollo IPv4 Indirizzi Riservati 34 17

18 Protocollo IPv4 Indirizzi Speciali Indirizzo LOCALHOST Indirizzo speciale utilizzato per inviare dati su se stessi; Indirizzo di loopback; ; Indirizzi LINK-LOCAL Rete /16 Assegnati automaticamente dal sistema operativo ad host; TTL=1 35 Protocollo IPv6 Introduzione Sviluppato per fare fronte all esaurimento degli indirizzi IPv4; Migliora notevolmente il protocollo precedente aggiunge nuove caratteristiche; Integrazione della sicurezza; QoS Maggiore scalabilità Campo indirizzi a 128 bit: 2 *10^38 nodi indirizzabili!! Header «dinamico» ed estensibile! 36 18

19 Protocollo IPv6 Non semplice migrare lo spazio di indirizzamento prevedere condivisione: Dual stack IPv4 e IPv6; IPv6 over IPv4 ( 6to4 tunneling); Rappresentazione degli indirizzo: sono divisi in 8 segmenti da 16 bit (32 simboli esadecimali); gli zeri iniziali sono opzionali; gli zeri possono essere rappresentati da «::» solo 1 volta; FF01:0:0:0:0:0:0:1 -> FF01::1!! Stateless Autoconfiguration Caratteristica «plug n play» che consente connessione automatica ad una rete 37 Protocollo IPv6 Indirizzi UNICAST, MULTICAST, ANYCAST Unicast: identifica una interfaccia di un dispositivo; Link-local propri di un solo LINK (scope ridotto); ogni dispositivo deve avere ALMENO un link-local. FE80::/10 automatic network discovery Global Unicast sono unici a livello globale e possono essere instradati; Unlimited Scope Multicast: rimpiazza il broadcast del protocollo IPv4 Aumento della efficienza di trasmissione dati; Anycast: identifica una lista di nodi e quindi interfacce multiple

20 Protocollo IPv6 Mobilità Mobile IP: consente ad un dispositivo mobile di muoversi attraverso le reti senza interrompere la comunicazione. Caratteristica NATIVA di IPv6; Sono introdotti header aggiuntivi per migliorare il funzionamento; La autoconfigurazione ed il neighbor discovery aumentano efficienza; 39 Instradamento IP 40 20

21 Instradamento IP - Terminologia WAN Wide Area Network rete per lo scambio dati che si estende su una regione geografica vasta opera a livello 1 e 2 utilizza infrastrutture di comunicazione appartenenti a dei «carrier» utilizzano diversi livelli di incapsulamento a livello data link: HDLC (High Level Data Link Control); Frame Relay Point to Point Protocol (PPP) LAPB / LAPD 41 Instradamento IP - Terminologia traceroute to ( ), 30 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 4 ru-unian-re1-an.an.garr.net ( ) ms ms ms 5 re1-an-rx1-bo1.bo1.garr.net ( ) ms ms ms 6 rx1-bo1-rx1-mi1.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 7 rx1-mi1-r-mi1.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 8 xe csr1.lin1.gblx.net ( ) ms xe csr1.lin1.gblx.net ( ) ms ms 9 xe g.scr1.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 10 lag1.ar4.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 11 sprint-1.ar3.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 42 21

22 Instradamento IP - Terminologia 43 Instradamento IP Router Hanno porte LAN e WAN; Lavorano a livello 3 ISO OSI; Sono interconnessi a livello 2; Sono apparecchiature dedicate all instradamento di dati in una rete; Possono avere sistema operativo: Generico (Linux Windows BSD - ); Dedicato (Cisco IOS, Juniper JunOS, ); Decidono su quale interfaccia inviare i dati a seconda: della configurazione; di algoritmi di instradamento; tabelle di ROUTING

23 Instradamento IP Router Instradamento Processo utilizzato dal router per inoltrare i pacchetti verso la rete di destinazione; Processo decisionale effettuato sulla base dell indirizzo IP di destinazione; Il router deve sapere «la strada» per raggiungere una destinazione: rotta Statica; Dinamica; Le rotte vengono scelte sulla base di longest match administrative distance metric 45 Instradamento IP Router Instradamento Longest Match Pacchetto con destinazione: Destinazione Netmask Gateway Interfaccia Eth Eth eth2 Destinazione entry entry entry In caso si abbiano più destinazioni che hanno lo stesso match si confrontano gli altri parametri : distanza amministrativa e metrica

24 Instradamento IP Router Routing Statico Tipicamente usate in reti di piccole dimensioni; Aggiornate manualmente ad ogni cambiamento della topologia di rete; Aggiornamento delle rotte con comandi sistema operativo: Ip route s0 (interfaccia) ip route (netx hop) /sbin/ip route add /24 via dev eth0 /sbin/ip route add via dev eth0 47 Instradamento IP Router Routing Statico Rotta predefinita Consente di inoltrare pacchetti la cui destinazione non corrisponde a nessuna delle rotte inserite; Si tratta a tutti gli effetti di una rotta statica «particolare» Utilizza un indirizzo «cacth all» verso il «default gateway» Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface UGH eth U eth UG eth UG eth

25 Instradamento IP Router Routing Statico 49 Instradamento IP Router I routers Cisco 7204 VXR 50 25

26 Instradamento IP Router I routers! 51 Instradamento IP Router I routers Juniper M7i 52 26

27 Instradamento IP Router I routers! 53 Instradamento IP Router I routers Juniper M

28 Instradamento IP Router I routers Juniper Mx80 55 Instradamento IP Router I routers! 56 28

29 Instradamento IP Router I routers! 57 Instradamento IP Router I routers! 58 29

30 Instradamento IP Router I routers Cisco Instradamento IP Router I routers! 60 30

31 Instradamento IP Router I routers Cisco Instradamento IP Router I routers! 62 31

32 Instradamento IP Router I routers! 63 Instradamento IP Router Routing Dinamico Risolve il problema dell aggiornamento manuale delle tabelle in grandi reti; Protocolli di routing dinamico (instradamento dinamico ); Interior Gateway Protocols RIP routing information protocol OSPF open shortest path first EIGRP Enhanced Interior Gateway Protocol IS-IS Intermediate system to intermediate system Exterior Gateway Protocols BGP Border Gateway Protocol 64 32

33 Instradamento IP Router Routing Dinamico Protocolli di Routing Sono basati su algoritmi differenti: Distance Vector (Bellman-Ford) RIP Link-State (Djiskra) OSPF IS-IS Advanced Distance Vector BGP 65 Instradamento IP Router Routing Dinamico Protocolli di Routing 66 33

34 Instradamento IP Router Protocolli Distance Vector Non conosce la topologia della rete nella sua interezza; Stabilisce un vettore (direzione e lunghezza) verso ogni destinazione; I router pubblicano la loro INTERA routing table periodicamente; Instradamento Classful senza supporto per VLSM; Metrica Molto semplice; Lenta convergenza! 67 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Conoscenza completa della rete: topologia e connessioni dei router; Costruzione di un database topologico; Costruzione di un albero (SPF) per il calcolo dell accessibilità della rete; Scambio di informazioni tra router attraverso LSA (Link State Advertisments); Algoritmo «pesante» per processore e memoria; Consumo di banda per il continuo scambio di informazioni tra router; 68 34

35 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First Protocollo Link-State veloce ed accurato; Piuttosto complesso nel funzionamento ma ottimo per didattica e reti. Router scambiano «hello packets» per formare delle «adiacenze»; Quindi inviano periodicamene degli LSA che sono «flooded» a tutti i vicini; Tutti i router della stessa AREA hanno lo stesso database di conoscenza; Sulla base dati viene eseguito SPF per creare degli alberi verso ogni destinazione nota. I percorsi migliori (best paths) sono nella routing table. Lo standard definisce: 5 diverse tipologie di rete 5 diversi tipi di pacchetti scambiati tra i routers; 69 35