Corso TECNICO DI RETE

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1 Corso TECNICO DI RETE MODULO 1 dimensionamento architettura di rete Docente: ing.andrea Sarneri sarneri@ttc-progetti.it 1 Lezione 5 livello di rete 1. Funzione del livello di rete 2. Schema di indirizzamento IP, frame IP, reti e sottoreti 3. Routing e frammentazione, protocollo RIP e OSPF 4. Esercizi 2 1

2 LIVELLO FISICO OSI INTERNET Livello di rete: gestire la consegna del pacchetto al destinatario, attraverso un sistema di indirizzamento logico superiore rispetto ai mezzi trasmissivi utilizzati, e una ottimizzazione del percorso di instradamento. 4 2

3 Cosa fornisce il livello IP: Identificazione univoca del mittente e del destinatario (schema di indirizzamento IP) Un servizio (ARP) per associare indirizzo IP all indirizzamento sottostante (livello di rete MAC) Un servizio (ICMP) per valutare il collegamento tra due IP Un protocollo (RIP, OSPF) per la gestione dell instradamento (routing) tra sottoreti Cosa NON fornisce il livello IP: garanzia di consegna del pacchetto, il protocollo è best effort, ma demanda al livello superiore l adozione di protocolli per la garanzia della consegna 5 Indirizzamento IPv4: IP address = <network number><host number> Gestito dall autorità (RIPE) Gestito dal titolare della sottorete IP address = 32 bit suddivisi in 4 ottetti separati da. = <a>.<b>.<c>.<d> Gi indirizzi sono in totale 2 32 Per una gestione razionale vengono suddivisi in 5 classi con differente spaccatura tra network number bits e host number bits: 6 3

4 Indirizzi di classe A: questi indirizzi utilizzano 7 bit per la <network> e 24 bit per la parte <host> dell'indirizzo IP. Ciò consente (126) reti, ciascuna con ( ) host - >totale di oltre 2 miliardi di indirizzi. Indirizzi di classe B: Questi indirizzi utilizzano 14 bit per il <network> e 16 bit per la parte <host> dell'indirizzo IP. Ciò consente (16.382)per le reti ciascuna con (65.534) host per un totale di più di 1 miliardi di indirizzi. Indirizzi di classe C: Questi indirizzi utilizzano 21 bit per la <network> e 8 bit per la parte <host> dell'indirizzo IP. Quindi ( ) reti di (254) host- totale di oltre mezzo miliardo di indirizzi. Indirizzi di classe D: Questi indirizzi sono riservati per il multicasting (una sorta di trasmissione, ma in una zona limitata, e solo a host utilizzando lo stesso indirizzo di classe D). Classe E: gli indirizzi Questi indirizzi sono riservati per il futuro o sperimentali utilizzo 7 Indirizzi speciali: Tutti i bit 0: Un indirizzo con tutti i bit a zero nella porzione di numero di host è interpretato come numero di rete. Quando un host vuole comunicare attraverso una rete, ma non ancora non conosce l'indirizzo di rete IP, è possibile inviare pacchetti con <network address> = 0. Gli altri host della rete interpretano l'indirizzo come questa rete. Tutti i bit 1: Un indirizzo con tutti i bit a 1 viene interpretato come tutte le reti o tutte le host. Per esempio tutti gli host sulla rete 128,2 (Classe B i: Questo è chiamato un indirizzo di broadcast diretto perché contiene sia un valido <network address> e un <host broadcast address>. Loopback: La rete di classe A è definito come il loopback di rete, ovvero è l indirizzo sé stesso visto dall host. Gli indirizzi di rete che vengono assegnati alle interfacce di tale processo dati all'interno del sistema locale. Queste interfacce di loopback non possono accedere a un rete fisica. NOTA : un host può avere più di un indirizzo di rete. Se più indirizzi appartengono alla stessa interfaccia si ha la configurazione multihoming. Una interfaccia ha sempre associato l indirizzo IP vero e il (loopback) 8 4

5 Indirizzi speciali: 9 RFC 1918 definisce i seguenti prefissi indirizzo per lo spazio di indirizzi privati: / 8 ( , ) Unica rete di classe A. Consente il seguente intervallo di indirizzi di unicast IPv4 validi: a Il / 8 prefisso di indirizzo dispone di 24 bit per l'host che è possibile utilizzare per qualsiasi schema di indirizzi all'interno di una organizzazione privata /12 ( , ) 16 reti di classe B. Consente il seguente intervallo di indirizzi unicast IPv4 validi: a Il /12 prefisso di indirizzo dispone di 20 bit per l'host che è possibile utilizzare per qualsiasi schema di indirizzi all'interno di una organizzazione privata /16 ( , ) Consente il seguente intervallo di indirizzi unicast IPv4 validi: a Il /16 prefisso di indirizzo dispone di 16 bit per l'host che è possibile utilizzare per qualsiasi schema di indirizzi all'interno di una organizzazione privata. Le sottoreti private vengono escluse dalle tabelle di routing dei router pubblici 10 5

6 SUBNETTING La porzione di indirizzo IP corrispondente alla rete si suddivide ulteriormente in rete e sottoreti: IP address = <network number><subnet number><host number> <subnet number>+<host number> è anche identificabile come la porzione locale dell indirizzo IP. Notare che la subnet è ricavata utilizzando bit assegnati all host number dalla relativa classe di appartenenza NETMASKING E l operazione che consente al router o all host di ricavare la sottorete, attraverso un mascheramento degli indirizzi di host. Si basa sulla operazione di AND logico tra l indirizzo IP binario e un moltiplicatore a (32 bit) che ha tutti 1 in corrispondenza dei bit di rete e sottorete, e 0 in corrispondenza dell indirizzo di host Es netmask di classe A : La maschera di sottorete si indica in due modi: <a>.<b>.<c>.<d> es ovvero Oppure <IP address>/ <netmask bits> es /21 con 21 = numero di bit di maschera a 1 11 Esempio (indirizzo di classe A) Supponiamo di avere un IP in classe A = , in binario diventa Questo host appartiene alla rete di classe A = (9) Se questo indirizzo appartiene a una sottorete di 256 indirizzi (8 bit) sulla rete 9 di classe A, il numero di sottorete sarà dato dai bit intermedi: ovvero (x4326), infatti potrei avere 2 16 =65536 sottoreti Quindi Rete=9 Sottorete=17190 Host=1 E ovvio che il numero di host per ogni sottorete è sempre potenza di due. IP Mask AND Net

7 Si possono ricavare sottoreti di taglio qualunque, da 1 bit a N bit, dove N è il numero di bit assegnato all host dalla classe di appartenenza della rete Es: Sottorete con 64 host ricavata da una rete di classe A IP Mask AND Net In questo caso si ha Rete=9, Sottorete=68760, Host=1 Sottoreti di dimensioni diverse sotto la stessa rete Sottoreti di dimensioni variabili sotto la stessa rete: IP host 001 Mask AND Net sottorete IP host 001 Mask AND Net sottorete IP host 003 Mask AND Net sottorete

8 Connessione tra reti/host e instradamento (routing) Direct delivery Sono definite due modalità di routing: Direct delivery: Quando due host sono nella stessa sottorete, ovvero l host1 consegna al datalink il pacchetto IP, il MAC layer dell host 1 trasmette il pacchetto al MAC layer dell host2. Indirect delivery: I due host non sono sulla stessa sottorete, ovvero il paccheto transita attraverso entità intermedie (i routers), e quindi il MAC layer di host1 non trasferisce direttamente al MAC layer di host 2, ma al MAC layer delle entità intermedie Indirect delivery 15 Dispositivi per connettere reti: Repeater /HUB- realizza una connessione fisica, ovvero al livello 1, non ha nessuna funzione logica, si limita a copiare e rimandare quello che arriva in ingresso da una parte verso l'uscita sull'altra parte della rete. Bridge/SWITCH- realizza la connessione tra due reti al livello 2; a differenza del repeater il bridge compie delle operazioni sui pacchetti, lavora al livello di indirizzi fisici e si può utilizzare per suddividere e sezionare il traffico interno alle LAN. Router - realizza la connessione tra reti al livello 3, lavora sugli indirizzi di rete ed è l'elemento che realizza le funzioni di instradamento necessarie. Gateway (protocol converters) - realizzano la connessione tra reti che differiscono nei livelli alti; sono sistemi molto complessi che fanno una radicale conversione di tutto il protocollo. (se si interconnettono reti omogenee il Gateway coincide con il router) 16 8

9 Il ROUTER è un dispositivo che implementa gli strati OSI necessari a gestire i pacchetti fino al livello di rete (3), ovvero in grado di distinguere i datagrammi in base all indirizzamento a livello di rete e a gestire il loro instradamento da/verso le varie sottoreti. Presenta due interfacce sulle due sottoreti che si vogliono interconnettere. Il Gateway è un host con funzionalità di routing attraverso il quale è possibile quindi accedere ad altre reti. Possono esistere più gateway sulla stessa sottorete, uno di questi può essere identificato come default gateway. In assenza di specifiche indicazioni (tramite tabella di routing) tutti i pacchetti indirizzati a reti diverse dalla sottorete di appartenenza verranno inoltrati al default gateway. host e router sono dotati di una tabella di routing Tabella di routing È un database in cui ogni router elenca le associazioni tra le reti/host esterne che si vogliono raggiungere e il primo gateway del percorso relativo (next-hop-router). Il pacchetto quindi, saltando di sottorete in sottorete, raggiunge la destinazione. La tabella include anche il default gateway, e questo metodo consente di minimizzare le dimensioni della tabella. La tabella quindi contiene interfaccia,destinazione, mask, gateway,metrica: 17 Rotte (route) In generale è il percorso che il pacchetto percorre per arrivare a destinazione. Normalmente si identifica la route con l indirizzo IP del nex-hop che il pacchetto deve seguire. Più hop creano il percorso. Una route è definita da un indirizzo destinazione e da una maschera Destinazione La destinazione di un pacchetto può essere: un host di destinazione ( ) una subnet (es x.y.z.0) una rotta (route) predefinita ( ) Maschera di rete (Network mask) La network mask viene utilizzata insieme alla destinazione per determinare quando viene utilizzata una route. 18 9

10 Maschera di rete (Network mask) Una route di subnet o di rete ha una mask sempre compresa tra e Utilizzo della maschera: Una mask significa che la route viene utilizzata solo dalla destinazione che corrisponde esattamente all'indirizzo specificato. Una mask significa invece che la route può essere utilizzata da qualsiasi destinazione. Quando una mask è scritta in codice binario, il valore 1 è significativo (richiede la corrispondenza), mentre il valore 0 non è significativo (non richiede la corrispondenza). Ad esempio, una destinazione ha una network mask Questa mask indica che i primi due ottetti devono corrispondere esattamente, i primi 5 bit del terzo ottetto devono corrispondere (248= ), mentre per l'ultimo ottetto la corrispondenza non è determinante. Il terzo ottetto di , ovvero 8, equivale a nel sistema binario. Senza modificare i primi 5 bit (la parte della mask in grassetto), è possibile raggiungere il valore 15, equivalente a nel sistema binario. Una route con destinazione e mask viene pertanto utilizzata per tutti i pacchetti destinati a indirizzi compresi tra e Gateway Il gateway rappresenta l'indirizzo IP del router successivo a cui deve essere inviato un pacchetto. In un collegamento LAN, ad esempio Ethernet o Token Ring, è necessario che il gateway sia raggiungibile direttamente da questo router tramite l'interfaccia indicata nella colonna Interfaccia. In un collegamento LAN, sia il gateway che l'interfaccia determinano la modalità di inoltro del traffico da parte del router. Per un'interfaccia di connessione a richiesta, l'indirizzo del gateway non è configurabile. In un collegamento point-to-point, l'interfaccia determina la modalità di inoltro del traffico da parte del router. Interfaccia L'interfaccia indica l'interfaccia LAN o di connessione a richiesta da utilizzare per raggiungere il router successivo (tipicamente l interfaccia è l indirizzo IP dell host dal quale il pacchetto parte, per poi raggiungere il gateway) Metrica La metrica indica il costo dell'utilizzo della route per raggiungere la destinazione. Una metrica tipica è rappresentata dagli hop, ovvero dal numero di router che è necessario attraversare per raggiungere la destinazione. Se sono disponibili più route, la migliore è quella con la metrica inferiore

11 Esempio di routing tra due reti pubbliche DEF GW A :4F:27:36:C4:03 Host C :4F:27:36:C4:54 DEF GW B :4F:27:36:C4:05 Rete-sottorete /22 Rete /8 Host A :4F:27:36:C4:51 GW A :4F:27:36:C4:51 GW B :4F:27:36:C4:51 Host B :4F:27:36:C4:52 21 Sulla sottorete A ci sono due gateway, di cui uno default. Con destinazione si indica la sottorete di appartenenza, ovvero la destinazione predefinita Con destinazione si indica il broadcasting, che comunque rimane confinato nella sottorete di appartenenza. Con si indica l host locale ovvero l interfaccia di default per il loopback. La tabella di esempio mette in evidenza una entry che consente di raggiungere un host sulla sottorete B attraverso un gateway che non è il default. TABELLA HOST A destinazione netmask gateway interfaccia metrica n.a n.a n.a na

12 Per avere comunicazione bidirezionale è necessario che anche la tabella di routing del destinatario nella sottorete B abbia una corrispondenza con l host nella sottorete A. Il percorso da verrà forzato a passare tramite per giungere a Se non ci fosse questa entry nella tabella di host B il pacchetto cercherebbe di passare attraverso i default gateway ( ). TABELLA HOST B destinazione netmask gateway interfaccia metrica n.a n.a n.a na Frammentazione Lo strato IP implementa la importante funzionalità di adattamento delle dimensioni del pacchetto proveniente dagli strati superiori alla massima dimensione dei pacchetti accettabile dagli strati inferiori (MTU=Maximum Transmit Unit), legati al mezzo fisico. Quando viene ricevuta una richiesta di trasmissione di un pacchetto superiore alla MTU dello strato sottostante, viene operata una suddivisione in ulteriori frammenti e l implementazione del meccanismo necessario poi al recupero e al ripristino del pacchetto iniziale. Infatti ciascun frammento verrà spedito individualmente e verrà ricevuto separatamente. Va notato che il meccanismo di sequenzializzazione e ricostruzione implementato al livello IP È diverso da quello simile implementato da LLC nel datalink, poiché in quel caso la sequenza è relativa allo stesso segmento di mezzo fisico, mentre nel caso IP la frammentazione è relativa a frammenti che possono transitare attraverso più sottoreti

13 Algoritmi di routing L algoritmo di routing è la regola con cui viene scelto il next-hop, in particolare per il calcolo della metrica intesa come il parametro che riassume il costo del passaggio da un hop all altro. 25 Routing statico e dinamico Nel routing statico le righe della tabella di routing (entry) vengono configurate manualmente dall'amministratore. Il routing dinamico permette ai vari router di scambiarsi le informazioni necessarie a determinare i possibili percorsi per raggiungere destinazioni remote mediante dei Routing Protocol, che usano appropriati algoritmi di routing. Oltre al traffico relativo ai pacchetti, c'è un traffico relativo allo scambio delle informazioni indispensabili ai routing protocol. Con il routing dinamico esiste la capacità di adattarsi automaticamente ai cambiamenti della topologia di rete (schema di connessione tra le macchine della rete): se si verifica un guasto lungo una connessione oppure ne viene attivata una nuova, gli aggiornamenti dei vari percorsi vengono automaticamente propagati a tutti i Router

14 Definizioni: Autonomous system: un dominio all interno del quale i router condividono gli stessi algoritmi di routing e sono in grado di comunicare direttamente tra loro Tipologie di protocolli di routing: Interior Gateway Protocol (IGP) usato per intradomain routing. All'interno di questa categoria esiste un ulteriore suddivisione: Distance Vector : RIP, IGRP Link state : OSPF Hybrid : EIGRP Exterior Gateway Protocol (EGP) usato per interdomain routing. 27 Algoritmi di routing: protocollo RIP Il protocollo RIP è stato uno dei primi protocolli di instradamento operante all'interno di un Autonomous system. RIP è un protocollo appartenente alla classe IGPs, in particolare è di tipo distance vector. Sebbene sia abbastanza diffuso in Internet, il suo utilizzo viene limitato a piccole internetworks. Questo tipo di protocollo si basa sul fatto che ciascun router tiene traccia della distanza e della direzione (vector) di tutte le possibili destinazioni nell'ambito dell'internetwork. Il tipo di metrica usata è l'hop count e gli Updates, che contengono l'intera copia delle routing table, vengono scambiati ad intervalli regolari (ogni 30 secondi) e quando si verificano dei cambiamenti nella topologia. Tutte le volte che un router riceve un update che contiene entry modificate, deve aggiornare la propria routing table incrementando di 1 l'hop count e indicare come next hop l'indirizzo IP del router da cui ha ricevuto il messaggio. La tabella di routing indicherà, per ciascuna entry della tabella, solo il percorso migliore per raggiungere la destinazione desiderata. Una volta che è stato aggiornata la routing table, il router trasmetterà immediatamente un update per informare gli altri router adiacenti dei cambiamenti. In questo particolare caso, gli updates vengono inviati senza attendere i 30 secondi di default. Ciascun router, in una rete nella quale opera questo protocollo, viene considerato come 1 hop. Se un router apprende un percorso verso una certa destinazione che richiede il passaggio di altri tre router, scriverà nella propria routing table in corrispondenza della suddetta destinazione, un Hop count =

15 Algoritmi di routing: protocollo OSPF I protocolli link state hanno un approccio diverso rispetto ai distance vector per raccogliere le informazioni necessarie ad effettuare il routing e per calcolare le routes da aggiungere nelle routing table. Una caratteristica importante di questi protocolli è quella di mantenere una visione completa della topologia di rete, cioè ciascun router è a conoscenza dell'esistenza di qualsiasi altro router della rete e di come sono connessi fra loro, si costruisce infatti una mappa della rete. Il protocollo link state mantiene un database complesso per immagazzinare le informazioni sulla topologia, le quali vengono usate per calcolare i percorsi verso le possibili destinazioni. Ciascun router invia delle informazioni (LSAs) per far conoscere agli altri router quali sono le proprie connessioni. Questi LSA vengono scambiati fra tutti i router dell'internetwork. Ciascun router elabora l'lsa proveniente dagli altri e si costruisce un database. A questo punto, conosciute le informazioni su tutti i link e segmenti dell'internetwork, il router è in grado di analizzare tutti i possibili percorsi e di scegliere quelli ottimali, da inserire poi nelle routing table. Per effettuare ciò ciascun router utilizza un algoritmo del tipo SPF (shortest path first); viene scelto cioè il percorso più breve fra i possibili per una determinata destinazione. Tale algoritmo è conosciuto anche come algoritmo di Dijkstra. Questo permette a ciascun router di individuare le routes mediante la creazione di una struttura ad albero rappresentante la rete ed avente come radice il router stesso. 29 Il Formato del pacchetto IP: 30 15

16 VERS: IP protocol version. La versione corrente è 4, la versione 5 è sperimentale, il 6 corrisponde alla Ipv 6 HLEN: Lunghezza dell header IP in parole da 32bit Service Type ( composto da MBZ TOS precedence ): indica la qualità del servizio richiesto per il datagramma IP: Precedence: This field specifies the nature and priority of the datagram: 000: Routine 001: Priority 010: Immediate 011: Flash 100: Flash override 101: Critical 110: Internetwork control 111: Network control TOS: Specifies the type of service value: 1000: Minimize delay 0100: Maximize throughput 0010: Maximize reliability 0001: Minimize monetary cost 0000: Normal service MBZ: Reserved for future use. 31 Total Length: lunghezza totale del datagramma (incluso header). Identification: numero unico assegnato al frammento di datagramma, utilizzabile per il riassemblaggio di datagrammi frammentati. Flags ( 0 df mf ): 0: riservato =0. DF (Do not Fragment): 0 = permette frammentazione; 1 = non permette frammentazione MF (More Fragments): 0 = ultimo frammento del datagramma, 1=seguono altri frammenti Fragment Offset: serve a riassemblare il datagramma. Il valore contiene il numero di segmenti da 64 bit contenuti in totale nei segmenti precedentemente ricevuti. Per il primo frammento il valore è 0 Time to Live:specifica per quanti secondi il pacchetto può circolare nella rete prima di poter essere ucciso. Ad ogni hop ciascun router scala indietro di uno il time to live, in modo che il pacchetto non circola infinitamente in rete. Header Checksum: checksum di controllo solo per l intestazione 32 16

17 Protocol Number: indica il protocollo al livello superiore a cui IP consegna/preleva il datagramma. 0: Reserved 1: Internet Control Message Protocol (ICMP) 2: Internet Group Management Protocol (IGMP) 3: Gateway-to-Gateway Protocol (GGP) 4: IP (IP encapsulation) 5: Stream 6: Transmission Control Protocol (TCP) 8: Exterior Gateway Protocol (EGP) 9: Interior Gateway Protocol (IGP) 17: User Datagram Protocol (UDP) 41:Simple Internet Protocol (SIP) 50: SIPP Encap Security Payload (ESP) 51: SIPP Authentication Header (AH) 89: Open Shortest Path First (OSPF) IGP Source e destination address: sono i due indirizzi nel fomato a.b.c d. IP Options : è un campo facoltativo con eventuali altre opzioni 33 Comando <ROUTE PRINT> (ambiente windows) o <ROUTE SHOW> (linux, unix) È il comando che consente di visualizzare la tabella di routing in un host E possibile aggiungere/rimuovere manualmente delle entry alla tabella con il comando ROUTE ADD o DELETE ed eventualmente renderle permanenti con l opzione -p 34 17

18 Comando <IPCONFIG /ALL> (ambiente windows) o <IFCONFIG /ALL> (linux, unix) È il comando che consente di visualizzare gli indirizzi IP associati all host. Un host può ospitare più interfacce fisiche (es schede ethernet, schede wireless, interfacce seriali, ecc) e ciascuna può avere un indirizzo IP. In particolare una stessa scheda di rete può avere più indirizzi IP appartenenti anche a sottoreti diverse (multihoming).questo comando consente anche di vedere l associazione tra IP address e MAC address. 35 Problema della saturazione degli indirizzi IPv4: Un indirizzo IPv4 utilizza 32 bit e può quindi identificare un massimo di 2 32 indirizzi distinti. Gli indirizzi IPv4 sono raggruppati in blocchi di dimensione che si limita ad essere una potenza del 2; Parte consistente degli indirizzi IP non è facilmente utilizzabile perché scelte tecniche li hanno riservati per usi come indirizzi privati di rete locale, loopback address, multicast e altri usi futuri ; Soluzioni: CIDR (Classless Inter-Domain Routing), che permette di usare reti con un numero di host che sia qualsiasi potenza del 2. Controllo degli uffici regionali di registrazione per l'assegnamento di indirizzi IP Ri-numerazione di rete, per recuperare ampi blocchi di indirizzi assegnati e non utilizzati DHCP, per un'assegnazione dinamica di indirizzi per uso temporaneo NAT, che permette ad un ampio numero di host disposti dietro un dispositivo NAT di utilizzare un solo indirizzo IP pubblico IPv6, la prossima versione di Internet Protocol, con più indirizzi IP

19 SUPERNETTING supernetting è il processo in cui si prendono delle reti multiple e se ne crea una singola più grande. Il presupposto è la possibilità di poter avere una stessa radice di netmask per le reti che si vanno ad aggregare, svincolata dal sistema a classi di indirizzi IP. Es. vogliamo creare una supernet per le sottoreti Tutte hanno netmask La supernet che le include potrebbe essere oppure /20, utilizzando la notazione CDIR (Classless Inter-Domain Routing) Si dovrà poi tener conto che la nuova route creata per raggiungere questa supernet in realtà contiene anche altre sottoreti non incluse nella lista 37 19