PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI

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1 P E R L A P R O G E T T A Z I O N E I C T PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI VOLUME II ROUTING BASE Per la preparazione agli esami di ROUTE e CCIE R&S di ENRICO CIPOLLONE FRANCESCO CIPOLLONE

2 PIANO DELL OPERA VOLUME I - FONDAMENTI DI SWITCHING CAP. 1 PARTE PRIMA NATURA E CARATTERISTICHE DELLE INFORMAZIONI TRASPORTATE IN RETE Natura e caratteristiche delle informazioni trasportate da reti TCP-IP PARTE SECONDA SWITCHING CAP. 2 CAP. 3 CAP. 4 Ethernet e altri modelli di distribuzione in area locale Virtualizzazione e gestione della congestione e tecniche di ridondanza in reti LAN Servizi e sicurezza in reti LAN. Sicurezza nelle reti Ethernet PARTE TERZA LE RETI CONDIVISE DEGLI ISP: NATURA E COMPOSIZIONE DEI SERVIZI CAP. 5 Soluzioni e tecnologie per l estensione WAN di reti TCP-IP PARTE QUARTA STRUTTURA, CONFIGURAZIONE, GESTIONE DI MACCHINE DI RETE CAP. 6 CAP. 7 Accesso e configurazione di macchine intermedie in reti TCP-IP Network management configurazione di SNMP, NTP, SYSLOG in apparati di reti TCP-IP VOLUME II - ROUTING BASE PARTE QUINTA ROUTING CAP. 8 Tecnica di indirizzamento nelle reti TCP-IP 5

3 CAP. 9 Principi di routing CAP. 10 RIP versione 1 e 2 CAP. 11 Il protocollo di routing OSPF single-area CAP. 12 Il protocollo di routing OSPF multi-area CAP. 13 Il protocollo di routing EIGRP VOLUME III - ROUTING BGP PARTE SESTA CONTROL-PLANE: INTERAZIONE DEI CLIENTI CON ISP E SCAMBI DI INFORMAZIONI TRA ISP CAP. 14 Border Gateway Protocol VOLUME IV - MANIPOLAZIONI NEL CONTROL-PLANE E DATA-PLANE PARTE SETTIMA MANIPOLAZIONI, CONTROLLI, ISPEZIONI NEL CONTROL-PLANE E DATA-PLANE: ACL, NAT, FIREWALL, REDISTRIBUZIONI CAP. 15 Tecniche di controllo dei flussi nel control-plane e nel data-plane CAP. 16 CAP. 17 Completamento del control-plane in ambiente complesso: redistribuzione di informazioni tra protocolli di routing Domini di indirizzamento pubblico e privato e relative traslazioni PARTE OTTAVA COMUNICAZIONE SICURA PPTP, IPSEC, TUNNELING, VPN CAP. 18 Comunicazione Sicura: IPSEC ed altri schemi 6 PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

4 INDICE GENERALE PIANO DELL OPERA... 5 CAPITOLO 8 PARTE QUINTA ROUTING TECNICA DI INDIRIZZAMENTO NELLE RETI TCP-IP Lo stack TCP-IP Il livello Binario, esadecimale, decimale Conversione tra binario decimale esadecimale Notazione DOTTED-DECIMAL (decimale puntata) Indirizzamento IP Scalabilità dell indirizzamento IP Usi diversi dell indirizzo e sue manipolazioni Condivisione logica (membri della stessa rete) Classi di indirizzo Indirizzi pubblici e privati Tre tipi di destinazione: unicast multicast broadcast La maschera per la separazione dell indirizzo di rete da quello di nodo La maschera naturale di ognuna delle tre classi (A, B, C) La maschera generica per la separazione di una parte di indirizzo Subnets Piani di indirizzamento base Variable Lengh Subnetting Mask Sommarizzazione e piani di indirizzamento complessi

5 8.5 Livello trasporto: Header UDP e TCP Header UDP: il protocollo stateless TCP: il protocollo statefull Ruolo del protocollo a cognizione di stato Header del protocollo TCP Funzionamento del protocollo a cognizione di stato Procedura di apertura sessione Procedura di chiusura sessione Possibili stati della macchina TCP I protocolli che usano TCP: Porte notevoli Meccanismo di adattamento del trasporto allo stato della rete: sliding window Controlli di integrità della macchina TCP Visualizzazione dello stato delle sessioni CAPITOLO 9 PRINCIPI DI ROUTING Principi generali di routing TCP-IP L instradamento su scala mondiale Come è costruita ed aggiornata la tabella di instradamento Cosa contiene ogni riga della tabella La sequenza che regola il routing Analogia del routing con il trasporto merci in collettame Il processo di routing negli end-users Concetto di default route e di default gateway Il processo di routing nelle macchine di rete Costruzione della tabella (Control Plane) Utilizzo della tabella di routing Il ruolo dei demoni NETFLOW NBAR nei router Cisco Il multilayer switching: i router come gli switch La forward information base(fib) PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

6 9.3.6 La tabella delle Adiacenze Processo complessivo di Multilayer switch Distanza amministrativa Interfacce di loopback Rotte statiche Protocolli dinamici Protocolli Interior Gateway (IGP): Protocollo EGP Relazione tra service provider Come scambiare informazioni Quali informazioni scambiare Dove archiviare le informazioni Come scegliere la rotta migliore...82 CAPITOLO 10 RIP VERSIONE 1 E Il funzionamento del protocollo RIP versione Il funzionamento del protocollo RIP versione Comportamento classfull: limitazioni La configurazione minima I timers (update periodica, hold down ) La crisi dei protocolli distance-vector La struttura della tabella di routing Il processo di debug del protocollo La sicurezza degli annunci RIP unicast CAPITOLO 11 IL PROTOCOLLO DI ROUTING OSPF SINGLE-AREA Introduzione Struttura di un protocollo Link-state

7 Modelli OSPF Modello Broadcast Multi Access (BMA) per ethernet OSPF point-to-point OSPF NBMA Modifica delle scelte di default per gli ambienti La scalabilità del processo mediante la specializzazione di messaggi, apparati ed aree Descrizione del modello per Ambiente BMA Il Protocollo Hello per la formazione delle relazioni di neighborship La formazione dello stato di Full nella adiacenza OSPF BMA Il router come origine negli scambi: Router-ID Lo scambio dei Link State Packet per formazione e mantenimento Database Dal database dei link alla tabella di routing Il formato dei pacchetto di OSPF2 e la sicurezza della trasmissione Ottimizzazione del processo di adiacenza: l elezione di un router designato Configurazioni Configurazione minima di in processo OSPF Configurazione dell autenticazione Configurazione dell autenticazione plain ed MD5 in area e su link Configurazione di autenticazione MD Comandi per la verifica del processo OSPF Gli adattamenti di OSPF per la topologia punto punto Gli adattamenti di OSPF per la topologia NBMA OSPF single-area limiti CAPITOLO 12 IL PROTOCOLLO DI ROUTING OSPF MULTI-AREA La scalabilità del multiarea PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

8 12.2 La specializzazione delle informazioni: le molteplici LSA La specializzazione degli apparati: ASBR, ABR, RD, BRD La costruzione delle aree: criteri generali di progetto Specializzazione delle Aree. Le aree stubby, totally stubby, Not-So-Stubby Area Collegamento di aree Collegamento di aree in più punti: uso del parametro costo Aree disgiunte Virtual link OSPF e la sommarizzazione OSPF e l iniezione di rotte di default Calcolo di percorsi ottimali multiarea CAPITOLO 13 IL PROTOCOLLO DI ROUTING EIGRP EIGRP EIGRP introduzione EIGRP MILESTONES Terminologia EIGRP Funzionamento di EIGRP in ambiente BMA Composizione del protocollo Trasporto affidabile delle informazioni di rotte Annunci affidabili: Relazione di neighbor Annunci affidabili: struttura e composizione dei pacchetti. La tripletta TLV Annunci affidabili: Il trasporto RTP Hello protocol e costruzione della tabella dei neighbor Tabella delle adiacenze e initial flooding DUAL in azione: dalla tabella topologica alla tabella di routing Concetto di Feasable successor Stuk-in-active (Sia): aggiornamento di rotte con query ai neighbor

9 13.4 Elementi di configurazione Configurazione minima La metrica di EIGRP La varianza per la gestione di rotte a differente valore Funzionamento di EIGRP in ambiente NBMA Configurazione della neighbor authentication La sommarizzazione in EIGRP (IP summary-address EIGRP) Esempio di Sommarizzazione automatica Esempio di Sommarizzazione manuale Sommarizzazione in ambienti con reti disgiunte Auto-Sommarizzazione di Rotte esterne Altri strumenti per il governo delle query Governare i Range: Regole di Propagazione delle Query Governare i Range step 0: nessun controllo - la query spande sulla intera rete Governare i Range step 1: le rotte Sommarie per limitare il range delle query Governare i Range step 2: confini di Autonomous System per limitare Range delle query Governare i Range step 3: Distribute-Lists per limitare il Range delle Query Governare i Range caso notevole: collegamenti HUB&spoke Governare i Range: EIGRP stub area Caveat sulla Redistribuzione di rotte Statiche Controllo del funzionamento e della configurazione Show IP EIGRP interfaces Show IP EIGRP neighbors Show IP EIGRP topology Show IP EIGRP traffic PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

10 PARTE QUINTA ROUTING

11 CAPITOLO 8 TECNICA DI INDIRIZZAMENTO NELLE RETI TCP-IP 8.1 Lo stack TCP-IP Frame header D.mac S.mac a2 z1 Step4 nel router R2 2.1deencaps seriale 2.2 instradamento 2.3 encaps ethernet Ip header D.ip S.ip fa 1 Frame header Dlci 122 fa0 fa12 fa2 s0 R2 Mac z2 Ip / 24 Udp header Step 6 richiesta nella lan 2 fa3 dati Step 3 trasmissione ad R2 crc Server posta Mac c2 Ip /24 Ip header D.ip S.ip Udp header Step 0 richiesta client in pc dati s0 Frame header D.mac S.mac a0 z1 fa1 R1 fa0 Mac z1 Ip /24 Fa 12 crc Step 2richiesta nel router R1 Ip header D.ip S.ip / / Step 1 richiesta client in lan 1 fa3 fa2 2.1 deencaps ethernet 2.2 instradamento 2.3 nuova encaps seriale tcp header Client n dati Mac c 0 Ip /24 crc Figura 8.1 Ruolo indirizzo IP e del framing Step 7 richiesta nel server Server ftp Mac a2 Ip /24 Server db Mac b2 Ip /24 Client 1 Mac a0 Ip /24 Client 2 Mac b0 Ip /24 Telnet FTP SMTP HTTP... DNS SNMP TFTP... Figura 8.2 Architettura TCP/IP: principali protocolli TCP UDP IP Ethernet X.25 ATM... La tecnologia di trasporto messa a punto nello stack protocollare TCP-IP consiste nella costruzione nella macchina trasmittente di una successione di shell che incapsulano i contenuti provenienti dai programmi residenti nei livelli superiori della pila OSI aggiungendo a loro volta informazioni di indirizzamento e risol- 15

12 vendo eventuali incompatibilità dimensionali o di altra natura createsi nella successione degli incapsulamenti. Le informazioni aggiunte da questi strati nella macchina trasmittente sono utilizzate nel percorso (locale o remoto) verso il destinatario dalle macchine intermedie e nella macchina ricevente per individuare l applicazione cui il contenuto è destinato. La tecnica di layer nidificati prevede diversi livelli di indirizzo. Nella figura 8.2 sono evidenziati i quattro livelli tipici di una comunicazione che specificano: Indirizzo fisico delle frame (ethernet, ATM.); Indirizzo logico di rete; Indirizzo di trasporto (TCP o UDP); Indirizzo di applicazione (http, FTP ). Il trasporto e l interpretazione dei contenuti dei messaggi è completato da attività sviluppate dai sistemi operativi nelle macchine destinatarie del messaggio. I diversi livelli della pila ISO_OSI delle macchine coinvolte nel trasporto risolvono i diversi livelli di indirizzamento. Lo schema evidenzia, in particolare, la diversità di ruoli dell indirizzo fisico e dell indirizzo logico. Rimandando gli approfondimenti a capitoli successivi, importa qui notare come l indirizzo fisico sia riferito al mezzo fisico disponibile per la trasmissione e, quindi, cambi per i diversi ambienti attraversati (seriale o LAN) nell ambito di una stessa comunicazione. L indirizzo logico è anche detto indirizzo end-to-end perché esso descrive la macchina di destinazione finale del materiale trasportato. L indirizzo logico rimane inalterato per l intero processo di trasporto. Nello schema si evidenzia altresì il ruolo del default gateway come destinatario prossimo (di next hop) di tutti i messaggi che devono essere inoltrati verso un reale destinatario in sedi remote. Il router si fa carico di effettuare l instradamento successivo. L operazione di instradamento progressivo è effettuata nelle macchine client. In esse l indirizzo fisico del destinatario è sostituito dall indirizzo fisico del router. Il router riceve le frames di tutte le comunicazioni verso remoto e cerca di recapitarle all indirizzo del reale destinatario descritto nell indirizzo logico. Oltre gli indirizzi fisici e logici è specificato in ogni unità di informazione l indirizzamento di livello superiore (trasporto). Questo ha il ruolo di specificare al 16 PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

13 sistema operativo della macchina destinataria dei messaggi a quale applicazione deve essere consegnato il materiale. Come dire nel condominio costituito da tutte le applicazioni in esecuzione nella macchina di destinazione individuare quella a cui recapitare il messaggio ricevente. Le intestazioni di livello 2 (LAN e WAN) sono state illustrate nel volume 1, le intestazioni di livello 3 e 4 sono quelle cruciali per la determinazione dei comportamenti dell internet. Il presente volume si occupa delle tematiche collegate a questi livelli. 8.2 Il livello 3 bit Versione IHL Tipo di servizio Lunghezza totale Identificativo Flags Offset frammento (13 bit) Tempo di vita Protocollo Checksum intestazione Indirizzo IP mittente Indirizzo IP destinatario Opzioni IP Padding Figura 8.3 Intestazione IP Dati Le informazioni aggiunte dal livello 3 sono fondamentali per il trasporto nell internet delle unità di informazione. L intestazione dei pacchetti è illustrata in figura 8.3. Di seguito i principali campi contenuti: Vesione: ipv4,ipv6. HL: header lenght contiene la lunghezza dell header ip. Tipo di servizio: è il campo che contiene il tipo di servizio (3bit per specificare la qualità del servizio), il campo può contenere in alternativa il valore del DSCP (6 bit) che assomma le informazioni di priorità di scarto e di priorità di trasmissione. 17

14 Lunghezza totale è il massimo valore di datagrammi trasportabile nello stesso pacchetto. Il valore massimo ammissibile è di bytes. Talvolta questo valore non è rispettato volutamente per un attacco denominato ping della morte perché alcune macchine non effettuano questo controllo prima di trasmettere. Identificativo: ogni pacchetto è numerato. L internet è infatti un coacervo di apparati e collegamenti sostanzialmente indipendenti e non coordinati. Risulta fondamentale poter adattare l unità di informazione così come è stata generata nella macchina sorgente (pacchetto ip) alla capacità trasmissiva dei mezzi fisici che devono essere attraversati nel percorso verso il destinatario. La differente capacità trasmissiva implica la necessità di suddividere l informazione in più parti. Questa operazione è denominata frammentazione. Per ricostruire l unità del materiale frammentato è necessario un identificativo per ogni pacchetto. Flags: specifica la possibilità di procedere alla frammentazione del pacchetto qualora la tecnologia di trasporto lo richieda. Offset del frammento: specifica in quale posizione rispetto all origine del pacchetto dovrà essere posizionato il materiale durante la ricostruzione. TTL: tempo di vita del pacchetto è un contatore settato (spesso al valore di default 255) dal mittente e decrementato di 1per ogni attraversamento di router. Serve ad evitare che, in caso di involontari loop, il pacchetto possa rimanere indefinitamente nella rete. Questo parametro differenzia profondamente i comportamenti di trasporto locale (LAN switching) da quelli di trasporto verso remoto (routing). Le frames non sono in nessun caso rimosse mentre lo sono i pacchetti allo scadere del time-to-live. Nei percorsi di livello 3 non si pone il problema del loop ed i percorsi in parallelo sono un arricchimento della resilienza della rete. Protocollo: è riportato il protocollo di trasporto contenuto all interno del pacchetto. È un comportamento analogo a quello del protocollo ethernet in cui si sono introdotti gli ethertype che specificano nell indice la natura del materia trasportato nella frame. Questo modo di procedere permette di attuare trattamenti differenti per le diverse tipologie di traffico trasportato. Checksum intestazione: è un valore ricavato mediante una operazione di hash di alcuni campi dell intestazione ip effettuata da ognuno dei router prima di inviare il pacchetto al next-hop router nella rotta verso il destinatario. Il valore calcolato è associato all header cui si riferisce e trasmesso con esso. Il router ricevente ricalcola il valore e controlla l identità tra valore calcolato e trasportato decidendo sulla integrità della intestazione durante 18 PROGETTAZIONE E CONDUZIONE DI RETI DI CALCOLATORI - VOL. II

15 il trasporto. Non sono inclusi nella checksum i valori di campi variabili (es. TTL). Indirizzo ip del mittente e del destinatario. - Gli indirizzi ip del mittente e del destinatario non cambiano durante l intero trasporto del pacchetto. - Questo differenzia profondamente l indirizzo di livello 3 (ip) dagli indirizzi di livello 2 che cambiano più volte durante un percorso end-to-end in funzione ed in coerenza con i diversi mezzi attraversati (ambiente ethernet, atm, seriale ). Gli indirizzi ip descrivono i sorgente e destinazione della conversazione (sequenza di pacchetti) mentre gli indirizzi di livello 2 rappresentano di volta in volta gli indirizzi intermedi delle macchine incontrate nel percorso tra sorgente e destinazione da ogni pacchetto. Gli indirizzi sono riportati come valori a 32 bit. Non sono incluse nel pacchetto maschere con cui interpretare l indirizzo. Il compito di questi valori è quello di descrivere in modo univoco l indirizzo della macchina sorgente e destinazione dei contenuti trasportati. Opzioni: nel campo sono specificate le possibili opzioni di instradamento esplicito. Indirizzamento IP L indirizzamento IP è lo strumento di gran lunga utilizzato nella progettazione e nel controllo delle reti TCP-IP. La manipolazione di indirizzi è perciò un argomento molto importante. Gli indirizzi IP sono scritti con notazione binaria. Gli indirizzi sono costituiti da una sequenza di 32 bit. È stata introdotta una notazione (dotted decimal) per rendere più agevole la comunicazione degli indirizzi nelle comunicazioni tra uomini. All interno di ogni indirizzo sono contenute più informazioni (destinatario, famiglia logica di appartenenza.) che sono utilizzati in diverso modo nelle varie situazioni. Ad esempio, le tecniche di instradamento automatico trasportano e distribuiscono informazioni di destinazioni in termini di indirizzi di famiglie di host. Risulta quindi estremamente importante estrarre l informazione di famiglia di appartenenza di un host da ogni indirizzo ip. In generale, per poter agevolmente utilizzare tutti gli strumenti di manipolazione di indirizzi è necessario richiamare alcuni concetti base delle notazioni binaria, esadecimale e decimale. 19