Sicurezza e Gestione delle Reti (di telecomunicazioni)

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1 Sicurezza e Gestione delle Reti (di telecomunicazioni) Tommaso Pecorella tommaso.pecorella@unifi.it Corso di Studi in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Corso di Studi in Ingegneria Informatica Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Firenze Lezione 04, Routing aa. 2010/11 This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 License. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 1 / 27

2 Il problema del routing Abbiamo visto che il routing può essere un problema di non poco conto. Routing diretto Si usano i meccanismi della subnet a cui si è associati ARP (IPv4) NDP (IPv6) Routing indiretto Ci pensa il router cercando una entry nella routing table. Si, ma come fa il router a costruire la routing table? T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 2 / 27

3 Punti fermi Prima di andare avanti, alcuni punti da ricordare. 1 Il routing è composto da DUE elementi: Un protocollo di routing per costruire la RT. Viene eseguito periodicamente a prescindere dai pacchetti dati. Un algoritmo di switching, che si applica ad ogni pacchetto in transito. 2 Le RT non si costruiscono a mano... tranne in casi particolari. 3 Le RT non possono cambiare troppo spesso perché altrimenti: i protocolli di Congestion Control del TCP non funzionerebbero più, e gli algoritmi di routing sono limitati dalla velocità della rete di segnalazione. 4 Il routing non si fa a caso, ma deve avere un obbiettivo. 5 il routing influenza come una rete funziona, è compito del management guidare il routing, non essere guidati da esso. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 3 / 27

4 Routing interno ed esterno Abbiamo visto che esiste il routing diretto e indiretto. Esiste un ulteriore classificazione. Routing IGP (Interior Gateway Protocol) Avviene all interno di un AS. Routing EGP (Exterior Gateway Protocol) Avviene tra AS differenti (AS non fa plurale perché sarebbe brutto). Non sono protocolli, sono classi di protocolli. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 4 / 27

5 Routing IGP Dal momento che un AS è un dominio amministrativo unico, si suppone che il gestore di rete possa (e debba) individuare un criterio di ottimalità all interno dell AS in modo da ottimizzare i percorsi. Logico. Lo scopo dei protocolli IGP è quello di applicare il criterio di ottimalità individuato dal gestore e di creare automaticamente le tabelle di routing che minimizzino il funzionale di costo scelto. E un problema di ricerca del minimo. Da un punto di vista teorico, la questione è semplice: 1 definire un funzionale di costo f ( ) : R n R 2 associare un costo ad ogni ramo e/o nodo 3 applicare un algoritmo di ricerca del minimo per ogni coppia i, j di nodi Btw, è banale dimostrare che basta associare il costo ai rami. Il problema è come farlo davvero! T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 5 / 27

6 Nodi, rami? Grafi! Una qualsiasi rete a pacchetto può essere modellata come un grafo orientato e pesato in cui: i nodi sono i router i rami sono le linee trasmissive (o intere subnets) E la topologia logica della rete a livello IP. L instradamento (routing) di un pacchetto equivale alla ricerca di un cammino nel grafo associato della rete. Per ogni nodo sorgente ci sarà un albero che lo connette a tutti i possibili nodi destinazione (non tutta Internet, siamo parlando di un AS). Quindi in un AS con con N nodi si hanno N 2 alberi. Fortunatamente un router NON deve conoscere tutti gli alberi nemmeno un nodo deve farlo, perché basta sapere qual è il next-hop. Ci serve calcolare questi N 2 alberi per sapere il next-hop? Forse no. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 6 / 27

7 Il costo dei rami Si possono usare due strategie: Costo fisso Va bene se il costo di un ramo è legato alla sua esistenza: 1 se esiste e se non esiste. Funziona solo se il carico su un ramo (o la congestione su un nodo) non sono fattori importanti. Genera alberi molto statici. Non genera overhead considerevole. Costo dinamico E decisamente più complesso del costo fisso. Bisogna decidere il funzionale di costo. Può generare soluzioni instabili, occorre fare attenzione. In entrambi i casi il routing è dinamico, perché è generato automaticamente. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 7 / 27

8 Algoritmo a costo fisso: RIP Il RIP è un esempio classico di routing a costo fisso: Il costo di un ramo (metric) è fisso e t.c. metric [1...15]. 16 indica link down. Implementa un Distance Vector Algorithm. Distance Vector Si minimizza una distanza generalizzata rappresentata dal parametro metric. Algoritmo 1 Ogni nodo scambia con i vicini diretti (i router a cui è connesso direttamente) un pacchetto RIP. 2 Il router ricevente analizza il pacchetto e, se indica una route con metrica inferiore a quella già contenuta nella sua RT, aggiorna la RT. RIP Version 2: RFC 2453 T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 8 / 27

9 Algoritmo a costo fisso: RIP Problemi del RIP. Convergenza Qualsiasi idiota potrebbe riconoscere che è un Bellman-Ford Bellman Ford runs in O( V E ) time, where V and E are the number of vertices and edges respectively. Però ogni passo è eseguito ogni 30 secondi (timer di invio dei pacchetti RIP), quindi... 4x5 = 10 minuti, 40x50 = oltre 16 ore. Flessibilità Ha un limite intrinseco a 16 hop, il che limita pesantemente le possibilità di differenziare i link su reti larghe. La convergenza lenta non permette di legare la metrica alla congestione dei rami (ad esempio). T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 9 / 27

10 Algoritmo a costo fisso: RIP Versioni del RIP e cose importanti: RIPv1: Non usatelo RIPv2 RIPng autenticazione: assente CIDR: assente compatibile con RIPv1 autenticazione: presente CIDR: presente gestisce la differenza tra routes interior e exterior. E identico al RIPv2, ma è per IPv6. technology/handbook/rip.html T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 10 / 27

11 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Open Shortest Path First (OSPF) è un esempio di routing a costo dinamico: Il costo di un ramo (metric) è dinamico. Il parametro metric è abbastanza grande da non porre problemi. Implementa un Link State Routing. Lo standard ordina di usare l algoritmo di Dijkstra: s_algorithm Problema Dijkstra runs in O( E + V log V ) time, where V and E are the number of vertices and edges respectively. E ancora piuttosto complesso (computazionalmente parlando) OSPFv2: RFC 2328 (per IPv4), esiste OSPv3 per IPv6 T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 11 / 27

12 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Dal momento che il costo è associato ai rami e ogni router, per decidere la RT, deve conoscere tutti i costi dei rami, è indispensabile che un router conosca l intera topologia della rete (nel RIP non è necessario). I router hanno la responsabilità di contattare i router adiacenti e di acquisire la loro identità (pacchetti Hello). I router: formano i Link State Advertisement (LSA) che contengono una lista delle reti adiacenti con i relativi costi di raggiungimento, gli LSA sono trasmessi a tutti gli altri router. Tutti i router della rete hanno lo stesso insieme di dati e quindi possono costruire lo stesso grafo pesato della rete. Il grafo di rete è utilizzato per determinare i cammini ottimi e quindi l instradamento. Non solo il carico computazionale è grande, ma anche l overhead! T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 12 / 27

13 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Per limitare i problemi di complessità computazionale e di carico di rete, OSPF è gerarchico all interno di un AS. Area 1 Area 2 Area 3 Area 0 Backbone Internal Router ABR (Area Border Router AS xxx T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 13 / 27

14 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Inizializzazione 1 Inizializzazione e controllo (attraverso livelli inferiori) delle interfacce 2 Si inviano Hello in broadcast per acquisire le informazioni sui router vicini 3 Si ricevono gli Hello dei vicini, vengono anche usati per testare il funzionamento di link (keep alive) Nelle aree multiaccesso si elegge un designated router. L altro router è di backup. Così facendo si limita il traffico e la complessità del grafo di rete. Periodicamente si inviano LSA (Link State Advertisement) per fornire informazioni topologiche e per notificare cambiamenti nello stato dei router e dei links. A regime dagli LSA viene costruito il database topologico della rete. ciascun router calcola lo shortest-path tree a lui relativo lo shortest-path tree genera la tabella di routing T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 14 / 27

15 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Ci sono cinque tipi di pacchetto OSPF. Hello - Establishes and maintains neighbor relationships. Database description - Describes the contents of the topological database. These messages are exchanged when an adjacency is initialized. Link-state request - Requests pieces of the topological database from neighbor routers. These messages are exchanged after a router discovers (by examining database-description packets) that parts of its topological database are outdated. Link-state update - Responds to a link-state request packet. These messages also are used for the regular dispersal of LSAs. Several LSAs can be included within a single link-state update packet. Link-state acknowledgment - Acknowledges link-state update packets. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 15 / 27

16 Algoritmo a costo dinamico: OSPF Concetto di adiacenza Due router si considerano adiacenti se appartengono alla stessa area. Quindi, tutti i router di una stessa area hanno lo stesso database topologico. Gli LSA vengono inviati a tutti i router adiacenti, tramite flooding o multicast. Esistono due versioni di OSPF in uso attualmente: OSPFv2, per IPv4 OSPFv3, per IPv6 Le differenze sono poche, il piano è di riunirli in un unico protocollo. technology/handbook/ospf.html T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 16 / 27

17 Routing EGP Tra AS differenti non si possono usare i protocolli di routing IGP. Il motivo è che manca la funzione da minimizzare. Essendo gli AS domini amministrativi differenti è impensabile poter ottimizzare qualcosa, perché il costo dei link è dipendente da fattori non quantificabili su una scala condivisa. Quindi i protocolli EGP tentano di minimizzare altro : parametri locali e fattori commerciali. AS1 NO AS2 AS3 AS4 "Backbone" YES T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 17 / 27

18 BGP - Border Gateway Protocol Il BGP è il più diffuso protocollo EGP. Ne esistono due varianti: IBGP: Interior BGP, si usa internamente ad un AS, EBGP: Exterior BGP, si usa tra due diversi AS.... ovvio! EBGP IBGP EBGP AS1 AS2 L IBGP serve solo a far comunicare due router di bordo appartenenti allo stesso AS. Le routes interne all AS sono sempre e comunque scritte da un IGP. technology/handbook/bgp.html T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 18 / 27

19 BGP - Border Gateway Protocol Per stabilire una route i router BGP si scambiano informazioni riguardanti la raggiungibilità di una rete e una serie di attributi relativi al link (o ai link) tra i due AS coinvolti: Weight (prop. Cisco) Local preference Multi-exit discriminator (MED) o metric attribute Origin AS path Next hop Community T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 19 / 27

20 BGP - Weight E un attributo locale (interno ad un router). Non è propagato (advertised). In caso di multipath, viene preferita la route con maggior weight. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 20 / 27

21 BGP - Local preference E usato per scegliere la strada di uscita preferita tra due o più router. In caso di multi-route, viene preferita la route con maggior peso. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 21 / 27

22 BGP - MED E usato per suggerire la strada di ingresso preferita tra due o più router. In caso di multi-route, viene preferita la route con minor peso. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 22 / 27

23 BGP - Origin E usato per classificare il modo in cui BGP ha appreso una route. Le route sono divise in: IGP - la route è generata da un protocollo IGP ed è interna all AS che la propaga EGP - la route è stata appresa attraverso un protocollo EGP (fantasia al galoppo) Incomplete - la route è di origine sconosciuta o appresa tramite altra via (inserite a mano?) La classificazione è usata per la scelta della tabella di routing, ovviamente preferendo le prime alle altre. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 23 / 27

24 BGP - AS path / Next-Hop AS path è usato per determinare i loop: Ogni router traversato viene aggiunto ad una lista ordinata. Vengono scartate tutte le routes che contengano loops. Next-Hop è usato per indicare il next hop (numero IP del router che fa l advertising) Nell EBGP è il numero IP dell advertiser Nell IBGP il Next-Hop viene lasciato inalterato, è quindi necessario avere un IGP all interno dell AS, oppure usare routes statiche all interno dell AS altrimenti la route viene scartata. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 24 / 27

25 BGP - Community E usato per raggruppare destinazioni (comunità) per le quali le decisioni di routing debbano subire speciali trattamenti. Per definire le comunità si usano Route maps. Le comunità predefinite sono: internet advertising libero, nessun restrizione no-export non esportare la route tramite EGBP (rimane all interno dell AS) no-advertise non esportare la route a nessuno T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 25 / 27

26 BGP - Logica Quando si diceve un aggiornamento, si procede alla scelta del path secondo la seguente logica: 1 Se il path specifica un next hop inaccessibile, scarta l update. 2 Scegli il path con maggior weight (locale). 3 Se sono uguali, scegli il path con maggior local preference. 4 Se sono uguali, scegli il path originato dal BGP che gira sul router stesso. 5 Altrimenti, scegli il path con l AS path più corto. 6 Se sono uguali, scegli in base all origin (IGP > EGP > incomplete) 7 Altrimenti, scegli il path con il MED più basso. 8 Altrimenti, scegli il path esterno piuttosto che quello interno. 9 Altrimenti, scegli il path attraverso l IGP più vicino. 10 Altrimenti, scegli il path con il numero IP più basso, secondo quanto specificato dall ID del router BGP. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 26 / 27

27 BGP - Remarks Minimizzazione della distanza Non è prevista, l unica regola sulla distanza è al punto 5, e non si considera alcun parametro sulla velocità o occupazione del link. Ottimizzazione Non c è ottimizzazione o minimizzazione end-to-end. La somma di minimi locali non garantisce la scelta di un path minimo globale. Target del BGP Lo scopo del BGP non è avere un path ottimizzato, ma un path: feasible stabile Dal BGP dipende la connettività globale di Internet, la stabilità dei link è la priorità. T. Pecorella (DET) SGRtlc 04 - aa 2010/11 27 / 27