Livello collegamento - servizi

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1 Livello collegamento servizi offerti Compito: trasmettere un datagramma tra due nodi vicini (host o router) Un datagramma può essere trasmesso tramite diversi protocolli data-link, su link diversi Protocolli diversi offrono servizi diversi Livello collegamento - servizi Framing e accesso al mezzo un frame incapsula un datagramma Regole per l accesso al mezzo condiviso: sottolivello MAC Indirizzi MAC nell header del frame per identificare sorgente e destinazione Affidabilità Implementata per link con tasso d errore elevato (es. Wireless) Rilevazione e correzione degli errori. Errori causati da attenuazione del segnale e rumori. Il ricevente rileva errori e richiede la ritrasmissione Il ricevente identifica e corregge gli errori, senza ritrasmissione 1

2 Implementazione del livello collegamento Il livello collegamento è implementato nell adattatore (o network interface card NIC) Ethernet card, PCMCI card, card, o integrato su motherboard. Implementa i livelli collegamento e fisico Combinazione di hardware (framing, errori, accesso al mezzo, ) e software (ricezione datagramma e indirizzo) application transport network link link physical cpu controller physical transmission memory host bus (e.g., PCI) network adapter card Indirizzamento fisico Nel caso di link punto-punto il problema dell indirizzamento non si pone Nel caso di link broadcast tutti i nodi sul link ricevono il frame trasmesso. È necessario indirizzare il nodo descrivere le azioni dei nodi al ricevimento del frame 2

3 Indirizzo IP a 32 bit Indirizzi IP e MAC Utilizzato per il forwarding a livello 3 Indirizzo dell interfaccia di rete a livello 3 Un indirizzo fisico (LAN, MAC) è memorizzato nella NIC, è di 48 bit (es. 1A-2F-BB AD) Usato per trasmettere un frame da un interfaccia ad un altra interfaccia fisicamente connessa (stessa rete) Indirizzi MAC L allocazione degli indirizzi MAC è gestita da IEEE I costruttori acquistano porzioni dello spazio degli indirizzi MAC (garanzia unicità) Indirizzamento MAC piatto portabilità Una LAN card può essere spostata da una rete ad un altra L indizzamento IP gerarchico NON è portabile indirizzo dipende dalla sottorete IP a cui il nodo è connesso 3

4 Indirizzi MAC e ARP Ogni adattatore ha un unico indirizzo LAN 1A-2F-BB AD Indirizzo Broadcast= FF-FF-FF-FF-FF-FF F7-2B LAN (wired o wireless) D7-FA-20-B0 = adattatore 0C-C4-11-6F-E3-98 ARP: Address Resolution Protocol Necessità di conversione tra indirizzi del livello di rete e indirizzi MAC Address Resolution Protocol è il protocollo Internet per la traduzione di indirizzi IP in indirizzi MAC La traduzione avviene in base ad una tabella ARP, le cui righe contengono la traduzione di alcuni indirizzi <indirizzo IP, indirizzo MAC, TTL> Ogni interfaccia di nodo IP (host, router) nella LAN ha tabella ARP Il sender consulta la tabella per ottenere la conversione tra indirizzo IP ed indirizzo MAC del destinatario 4

5 ARP - invio nella stessa sottorete Se la tabella ARP non contiene la conversione: il sender invia un pacchetto ARP di richiesta contenente IP di mittente e destinatario e indirizzo MAC di mittente La richiesta ARP viene incapsulata in un frame e trasmessa in broadcast Tutti i nodi ricevono la richiesta e : aggiungono nella propria tabella ARP una riga con gli indirizzi del mittente confrontano il proprio IP con quello richiesto nel pacchetto ARP Il destinatario risponde al mittente (in unicast) con un pacchetto ARP di risposta contenente il proprio indirizzo MAC Il mittente riceve il frame di risposta ed aggiorna la propria tabella ARP Pacchetto ARP Il campo OPERATION distingue richiesta da risposta Se richiesta, il ricevente confronta il proprio indirizzo IP con TARGET PADDR. Se coincidono, manda risposta ARP Se risposta, il ricevente è in attesa di traduzione Il campo TTL viene posto al valore massimo ogni volta che un frame arriva ad un host, e viene decrementato ad intervalli regolari. Quando TTL=0 la traduzione viene tolta dalla tabella 5

6 ARP - Invio ad un altra sottorete A C-E8-FF CC-49-DE-D0-AB-7D R A-23-F9-CD-06-9B E6-E BB-4B B BD-D2-C7-56-2A B2-2F-54-1A-0F A invia un datagramma a B A conosce l indirizzo IP del router R A conosce l indirizzo MAC del router R ARP - Invio ad un altra sottorete A crea un datagramma con IP sorgente A, e destinazione B A crea un frame con destinazione l indirizzo MAC di R. Il frame contiene il datagramma da A a B MAC src: C-E8-FF-55 MAC dest: E6-E BB-4B IP src: IP dest: IP Eth Phy A C-E8-FF-55 R A-23-F9-CD-06-9B B BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D E6-E BB-4B B2-2F-54-1A-0F 6

7 ARP - Invio ad un altra sottorete Il frame viene trasmesso da A ar Il frame è ricevuto da R, e il datagramma passato a IP MAC src: C-E8-FF-55 MAC dest: E6-E BB-4B IP src: IP src: IP dest: IP dest: IP Eth Phy A C-E8-FF CC-49-DE-D0-AB-7D IP Eth Phy R E6-E BB-4B A-23-F9-CD-06-9B B BD-D2-C7-56-2A B2-2F-54-1A-0F ARP - Invio ad un altra sottorete R inoltra il datagramma con IP sorgente di A, a destinazione B R crea un frame con destinazione indirizzo MAC di B. Il frame contiene il datagramma da A a B A C-E8-FF-55 IP Eth Phy R A-23-F9-CD-06-9B MAC src: 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest: 49-BD-D2-C7-56-2A IP src: IP dest: IP Eth Phy B BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D E6-E BB-4B B2-2F-54-1A-0F 7

8 ARP - Invio ad un altra sottorete R inoltra il datagramma con IP sorgente di A, a destinazione B R crea un frame con destinazione indirizzo MAC di B. Il frame contiene il datagramma da A a B A C-E8-FF-55 IP Eth Phy R A-23-F9-CD-06-9B MAC src: 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest: 49-BD-D2-C7-56-2A IP src: IP dest: IP Eth Phy B BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D E6-E BB-4B B2-2F-54-1A-0F ARP - Invio ad un altra sottorete R inoltra il datagramma con IP sorgente di A, a destinazione B R crea un frame con destinazione indirizzo MAC di B. Il frame contiene il datagramma da A a B MAC src: 1A-23-F9-CD-06-9B MAC dest: 49-BD-D2-C7-56-2A IP src: IP dest: IP Eth Phy A C-E8-FF-55 R A-23-F9-CD-06-9B B BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D E6-E BB-4B B2-2F-54-1A-0F 8

9 Come ottenere un indirizzo IP Problema: un nodo si sveglia per la prima volta Qual è l indirizzo IP? Chi è il router di confine? Soluzione: Configurazione manuale Protocollo per configurare automaticamente gli indirizzi: DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, RFC 2131, RFC 2132) What s my IP? Use A.B.C.D DHCP Il server DHCP alloca indirizzi ai nodi (permanenti o temporanei) Fornisce anche altri parametri (prefisso di rete, indirizzo del router locale, server DNS..) Applicazione client-server, utilizza UDP, porte 67 e 68 DHCP UDP IP Ethernet 9

10 DHCP L host invia messaggi DHCP DISCOVER, trasmessi in pacchetti UDP porte 67 e 68, incapsulati in IP e trasmessi in broadcast (ricevuti da tutti gli host della sottorete) Il server DHCP risponde con un DHCP OFFER L host richiede l indirizzo IP con un DHCP REQUEST Il server DHCP invia un messaggio DHCP ACK 10

11 Gli indirizzi IP non bastano più 11

12 Spazio di indirizzamento disponibile NAT (Network Address Translation) RFC 3022 Motivazione: esaurimento degli indirizzi IP Una rete locale usa un unico IP verso l esterno riduzione di indirizzi IP pubblici riconfigurazione interna senza notifica all esterno i nodi interni alla rete locale non sono direttamente indirizzabili/visibili sicurezza All interno della rete ogni host riceve un IP privato per l instradamento all interno della rete stessa ( /8, /12, /16) Quando un pacchetto lascia la rete, viene eseguita la traduzione dell indirizzo da privato a pubblico 12

13 NAT: Network Address Translation Internet Rete locale / Box NAT I datagrammi in uscita dalla rete locale hanno lo stesso IP sorgente , ma diversi numeri di porta sorgente Datagrammi all interno della rete hanno IP nella rete /24 NAT traduzione degli indirizzi Il box NAT (router/firewall) esegue la traduzione dell indirizzo quando un pacchetto lascia/entra nella rete La traduzione avviene in base ad una tabella NAT i cui elementi sono indirizzi IP/numeri di porta 13

14 NAT: Network Address Translation I box NAT devono: nei datagrammi in uscita sostituire (source IP, port #) (NAT IP, new port #) Gli host all esterno della rete rispondono usando come indirizzo destinazione (NAT IP, new port #) Memorizzare nella tabella di traduzione NAT ogni corrispondenza (source IP, port #) - (NAT IP, new port #) dei datagrammi in ingresso sostituire alla destinazione (NAT IP, new port #) il corrispondente (source IP, port #) memorizzato nella tabella NAT NAT 2: il router NAT Cambia l IP sorgente da , 3345 a , 5001 e aggiorna la tabella 2 Tabella traduzione NAT IP lato WAN IP lato LAN , , 3345 S: , 5001 D: , S: , 80 D: , : arriva in risposta un datagramma con destinazione , S: , 3345 D: , 80 S: , 80 D: , : il router NAT cambia l IP destinazione da , 5001 a , : host invia un datagramma a ,

15 NAT problemi - RFC 2993 Violazione del principio di modello gerarchico di IP: un indirizzo IP identifica in modo univoco un singolo nodo Violazione di connettività end-to-end: i pacchetti in entrata possono essere accettati solo dopo quelli in uscita (NAT traversal) NAT mantiene informazioni su stato connessioni : perdita tabelle NAT blocca connessioni TCP Violazione della regola di stratificazione e indipendenza dei protocolli: utilizzo informazioni di livello trasporto IPv4 e IPv6 If the IPv4 address space were the size of a golf ball, the IPv6 address space would be close to the size of the sun (Akamai) 15

16 Allocazione degli indirizzi annuncio del 14/7/1999 Content-Type: message/rfc822 From: "IANA" To: Subject: Delegation of IPv6 address space Date: Wed, 14 Jul :32: Message-ID: Internet Community, After much discussion concerning the policy guidelines for the deployment of IPv6 addresses, in addition to the years of technical development done throughout the Internet community, the IANA has delegated the initial IPv6 address space to the regional registries in order to begin immediate worldwide deployment of IPv6 addresses. We would like to thank the current Regional Internet Registries (RIR) for their invaluable work in the construction of the policy guidelines, which seem to have general consensus from the Internet community. We would also like to thank the efforts of the IETF community and the support of the IAB in making this effort a reality. If you have further questions concerning this issue, please contact your RIR, or you may also contact the IANA at iana@iana.org. This is an historic moment in the continued development of the Internet. Thank you for your valuable support and participation in the Internet community. Josh Elliott On Behalf of the IANA Staff % traffico IPv6 16

17 IPv6 (RFC 2460) Nel 1990 IETF inizia a lavorare su IPv6, con l obiettivo di: Indirizzare più hosts Velocizzare il tempo di elaborazione e forwarding Fornire migliore sicurezza e attenzione al tipo di servizio (QoS) Intestazione principale Intestazione principale di 40 byte Priorità: classi di servizio per i datagrammi Flow Label: identifica datagrammi nello stesso flusso (con gli stessi requisiti) Next header: identifica il tipo di extension header o il protocollo di livello superiore Hop limit: come TTL 20 bit ver pri flow label payload length next hdr hop limit source address (128 bits) destination address (128 bits) data 32 bit 17

18 Intestazione IPv6 Basic header Version pri Flow label Payload length Next header Hop limit Source address Destination address Extension header Next header Header length Extension header... Next header... Header length Cambiamenti rispetto a IPv4 Indirizzo: 128 bit suddivisi in 8 porzioni da 16 bit, rappresentate in formato esadecimale e separate da :: Opzioni: consentite, ma fuori dall header principale, indicate dal campo Next Header Eliminato campo per lunghezza intestazione Checksum: eliminato per ridurre tempo di elaborazione Frammentanzione non consentita nei router ICMPv6: nuova versione di ICMP Nuovi tipi di messaggi ( Packet Too Big ) Gestione dei gruppi multicast Alcune opzioni di IPv4 vengono implementate come estensioni 18

19 Extension header Transizione da IPv4 a IPv6 RFC4213 IPv6 non è compatibile con IPv4, ma lo è con gli altri protocolli (TCP, UDP, ICMP, BGP, ) a meno di modifiche per la gestione di indirizzi di 128 bit. Non tutti i router potranno essere aggiornati simultaneamente: necessità di operare con router IPv4 e IPv6 Dual-stack Translation Tunneling 19

20 Dual-stack Nodi multiprotocollo: implementano il doppio stack, presentando a livello rete sia IPv4 sia IPv6 Translation Obiettivo è la traduzione delle PDU IP e ICMP da v6 a v4 e viceversa Vincoli dati dal fatto che non tutti i campi IPv6 sono mappabili in IPv4 Soluzione adottata solo per nodi che ammettono solo connettività IPv4 20

21 Tunneling Un datagramma IPv6 viene trasportato come payload di datagrammi IPv4 tra router IPv4 IPv4 header fields IPv6 header fields IPv4 source, dest addr IPv6 source dest addr UDP/TCP payload IPv4 payload IPv6 datagram IPv4 datagram Vista logica Vista fisica Tunneling A B E F tunnel IPv6 IPv6 IPv6 IPv6 A B C D E F IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 Flow: X Src: A Dest: F data Src:B Dest: E Flow: X Src: A Dest: F Src:B Dest: E Flow: X Src: A Dest: F Flow: X Src: A Dest: F data data data A-to-B: IPv6 B-to-C: IPv6 inside IPv4 B-to-C: IPv6 inside IPv4 E-to-F: IPv6 21

22 ICMPv6 Alcuni protocolli sono stati integrati in ICMPv6 (ARP, ) Nuove tipologie di messaggi: Segnalazione di errori (destinazione non raggiungubile, pacchetto troppo grande, tempo scaduto, problema a parametri, source quench eliminato) Informativi (richiesta e risposta, timestamp eliminato) Scoperta dei vicini (router nelle vicinanze, indirizzi mac dei vicini, redirection, ) Appartenenza a gruppi (per multicast) 22