Corso di Reti di Telecomunicazioni

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1 Corso di Reti di Telecomunicazioni Ingegneria ELETTRONICA e delle TELECOMUNICAZIONI (D.M. 270/04) A.A. 2011/12 maggiora@de .poliba.it

2 Architettura protocollare TCP/IP: strato di rete 2

3 Indirizzi IP 1/6 Identifica una rete Identifica un host della rete Net-id 32 bit Host-id [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 È composto da 32 bit Si esprime in forma decimale puntata, Es È suddiviso in una porzione dedicata alla rete ed una agli host Esistono 5 classi di indirizzi IP: A,B,C,D,E Un indirizzo IP non caratterizza un nodo, ma solo una sua interfaccia 3

4 Indirizzi IP 2/6 32 bit Classe A: Net-id Host-id Classe B: Net-id Host-id Classe C: Net-id Host-id [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Classe D: Classe E: Indirizzo Multicast riservato 4

5 Indirizzi IP 3/6 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Pubblici: l indirizzo può essere utilizzato esclusivamente da una specifica organizzazione e sono usati per instradare pacchetti in Internet. Privati: possono essere usati solo in una rete privata, ma non si possono instradare pacchetti con tali indirizzi in Internet (utili per motivi di sicurezza e/o per risolvere il problema dello spazio di indirizzamento). Statici: l IP dell host non varia nel tempo Dinamici: l IP dell host varia nel tempo (Es. connessione non permanente ad Internet tramite ISP) L assegnazione degli indirizzi IP è gestita dall Internet Assigned Numbers Authority (IANA) e dai 5 Registry continentali (ARIN, RIPE, APNIC, LACNIC, AFRINIC) 5

6 Indirizzi IP 4/6 Indirizzi IP privati [RFC 1918 (1996)] Classe A: (1) Classe B: (16) Classe C: (256) [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 6

7 Indirizzi IP 5/6 7 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4

8 Indirizzi IP 6/6 net ID subnet ID host ID Source? Dest.? Description 0 0 OK Never This host on this net 0 hostid OK Never Specified host on this net 127 anything OK OK Loopback address [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch Never OK Limited broadcast (never forwarded) Netid 255 Never OK Net-directed broadcast Netid subnetid 255 Never OK Subnet-directed broadcast Netid Never OK All-subnets-directed broadcast 8

9 Subnetting 1/2 Identifica una rete Identifica una sottorete Identifica un host della sottorete Net-id Subnet-id 32 bit Host-id [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Una parte dei bit adibiti all identificazione dell host sono dedicati alla definizione di una sottorete La rete è suddivisa in molteplici sottoreti La suddivisione in sottoreti è invisibile all esterno della rete I bit dedicati alla definizione di rete e sottorete sono identificati dalla SUBNET MASK AND logico bit a bit Rappresentazione: Indirizzo IP/Subnet Mask (Es /24) I subnet-id tutti 0 e tutti 1 non sempre sono riconosciuti dai vecchi router 9

10 Subnetting 2/2 Subnet Mask di default Classe Netmask decimale Netmask binaria A B C [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 10

11 Subnetting: esempio 1 Rete: (Classe B) 4 sottoreti 2 bit per subnet-id Subnet mask: Subnet-id=00 Subnet-id=01 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch Subnet-id=10 Subnet-id=11 11

12 Subnetting: esempio 2 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Rete: (Classe B) 8 sottoreti 3 bit per subnet-id Subnet mask: Subnet-id 000 Subnet-id 001 Subnet-id 010 Subnet-id

13 Subnetting: esempio 3 Subnetting di un indirizzo IP di classe B e relativa subnet mask [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 13

14 Subnetting: esempio 4 14 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4

15 VLSM (Variable Length Subnet Mask) Il VLSM consente un ulteriore livello di flessibilità nel subnetting Nell effettuare il subnetting di una rete è possibile usare diverse subnet mask Il VSLM consente un uso ancora più granulare dello spazio di indirizzamento evitando sprechi [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 15

16 VLSM: esempio Divisione classica 5 Subnet 3 bit NetA: 14 host NetB: 28 host Rete: /24 (Classe C) NetC: 2 host NetD: 7 host NetE: 28 host VLSM 5 Subnet n bit variabile Si parte dalla rete con maggiori esigenze (B e E) 5 bit x host: B e E 4 bit x host: A e D 2 bit x host: C 2 5-2=30 host per subnet Net A: /27 (14 host su 30) Net B: /27 (28 host su 30) [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Net B: /27 (28 host su 30) Net C: /27 (2 host su 30) Net D: /27 (7 host su 30) Net E: /27 (28 host su 30) /27 (unused) /27 (unused) /27 (unused) unused Net E: /27 (28 host su 30) Net A: /28 (14 host su 14) Net D: /28 (7 host su 14) Net C: /30 (2 host su 2) Minore spreco di indirizzi Maggiore disponibilità per espansioni della rete Maggiore difficoltà nel realizzare il piano di indirizzamento 16

17 CIDR (Classless Inter Domain Routing) [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Supera del tutto la rigidità dell indirizzamento basato sulle classi (classful) Viene introdotta la modalità di indirizzamento detta classless Questa è la modalità con cui vengono attualmente utilizzati gli indirizzi IP in Internet La notazione CIDR prevede che gli indirizzi IP assegnati ad un organizzazione siano indicati per mezzo dell indirizzo base (il più basso del blocco) e della maschera Il CIDR può dare luogo al supernetting Esempio: /22 17

18 Evoluzione dell indirizzamento IP Indirizzamento classful [RFC 791 (1981)] Indirizzamento classful con subnetting FLSM [RFC 950 (1985)] [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Indirizzamento classful con subnetting VLSM [RFC 950 (1985)] Indirizzamento classless (CIDR) [RFC 1518, 1519 (1993)] 18

19 Network Address Translation (NAT) 1/ Internet LAN [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Network Address Translation (NAT) è una tecnologia che consente agli host di una rete IP privata di accedere ad Internet utilizzando un pool ristretto di indirizzi IP pubblici 19

20 Network Address Translation (NAT) 2/4 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Il NAT [RFC 3022] è un protocollo eseguito presso il router di frontiera Ogni host della LAN ha un indirizzo IP non visibile all esterno della LAN Il router di bordo della rete privata gestisce un pool di indirizzi IP pubblici per abilitare gli accessi ad Internet da parte degli host della rete privata Il NAT utilizza una Tabella di traduzione per selezionare a quale host della LAN è diretto un datagram che proviene dall esterno La tabella di traduzione è costruita osservando le coppie indirizzo IP mittente / porta mittente dei datagram in uscita Generalmente il NAT effettua traduzioni tra indirizzi privati ed indirizzi pubblici 20

21 Network Address Translation (NAT) 3/4 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 NAT statico Traduzione 1:1 È utilizzato quando all interno LAN è presente un Server In tal caso si crea un associazione statica tra indirizzo privato e numero di porta del server e indirizzo pubblico del router di frontiera NAT dinamico Traduzione 1:1 NAT dinamico con overload (NAPT) Traduzione n:m (n>m) Utilizza il numero di porta NAPT viola il principio dell architettura a strati 21

22 Network Address Translation (NAT) 4/4 Rete Privata Rete Pubblica Client Server NAT Request Source Destination Translated Request Source Destination [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Translated Response Source Destination Response Source Destination

23 Internet Protocol (IP) 1/2 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 RFC 791 È responsabile dell instradamento delle informazioni immesse nella rete Offre un servizio a datagramma inaffidabile (unreliable) e connectionless Ogni nodo della rete è individuato da almeno un indirizzo IP Ogni PDU 3 (PDU di livello 3) contiene gli indirizzi IP degli host mittente e destinatario Il protocollo IP scambia con i protocolli di livello trasporto (TCP e UDP) le primitive Send (vengono fornite al protocollo IP le informazioni necessarie per la consegna dei dati, compresi gli indirizzi di rete) e Deliver (il protocollo IP avvisa il protocollo di livello 4 dell arrivo dei dati) 23

24 Internet Protocol (IP) 2/2 Ogni Router (dispositivo di relaying di livello 3) inoltra le PDU ricevute sulla base di un algoritmo di routing I router si basano sul paradigma store & forward I router hanno l unico ruolo di instradare i datagram IP senza garantire che i datagram giungeranno effettivamente a destinazione (servizio best effort) [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 24

25 Datagram IP 1/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Data 25

26 Datagram IP 2/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Version (4 bit): Definisce la versione del protocollo (IPv4 o IPv6) Es. IPv4 Ver. = 4 26

27 Datagram IP 3/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Header Length (4 bit): Dimensione dell header in parole da 32 bit (Es. 20 byte HLEN = 5, valore minimo) 27

28 Datagram IP 4/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Type Of Service (8 bit): Definisce i requisiti in termini di QoS sul datagram 28

29 Datagram IP 5/16 QoS (Quality of Service) Il campo TOS viene utilizzato per definire il forwarding behaviour associato al datagram Precedence D T R 0 0 Definizione TOS DSCP CU Definizione secondo lo standard Differentiated Services [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Differentiated Service Code Point 29

30 Datagram IP 6/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Total Length (16 bit): Lunghezza del datagram espressa in byte Massimo valore ammesso byte 30

31 Datagram IP 7/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Identification (16 bit): Identifica in modo univoco un datagram generato dall host mittente, nel caso in cui esso sia frammentato (tutti i frammenti hanno lo stesso identification) 31

32 Datagram IP 8/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Flag (3 bit): Informazioni utili alla frammentazione MF = 1 indica che il datagram non è l ultimo dei frammenti DF = 1 indica che il datagram non può essere frammentato not used DF MF DF = Don t Fragment; MF = More Fragment 32

33 Datagram IP 9/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Fragment Offset (13 bit): Identifica il frammento di un datagram (la posizione di un frammento all interno del datagram) espresso in multipli di 8 byte 33

34 Datagram IP 10/16 Frammentazione e riassemblaggio Maximum Transfer Unit (MTU): massima dimensione di una SDU del livello data-link L MTU limita la dimensione del datagram IP Il riassemblaggio avviene a destinazione 4000 Byte Id=777 Offset=0 MF=0 MTU=1500 Rete MTU [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Token Ring 16 Mbps Token Ring 4 Mbps 4464 FDDI 4352 Ethernet 1500 PPP Byte 1500 Byte 1040 Byte Id=777 Offset=0 MF=1 Id=777 Offset=1480 MF=1 Id=777 Offset=2960 MF=0 34

35 Datagram IP 11/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Time To Live (8 bit): E impostato dal mittente (128) Ad ogni hop (attraversamento di router) è decrementato di una unità Quando raggiunge il valore 0 il datagram è scartato 35

36 Datagram IP 12/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Protocol (8 bit): Indica il protocollo adottato a livello 4 (TCP = 6; UDP = 17) 36

37 Datagram IP 13/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Header Checksum (16 bit): Si ottiene sommando 16 bit a 16 bit i 18 byte dell header e facendo il complemento a 1 del risultato Viene ricalcolato in ogni router 37

38 Datagram IP 14/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Source address (32 bit): Indirizzo IP dell host mittente 38

39 Datagram IP 15/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Destination address (32 bit): Indirizzo IP dell host destinatario 39

40 Datagram IP 16/16 32 bit Ver. HLEN TOS Total Length Identification Flag Fragment Offset TTL Protocol Header checksum Source address Destination address Options Data [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Options (con eventuale padding) Opzioni per il routing del datagram o per la sicurezza 40

41 Multicasting [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Consiste nel trasmettere verso destinazioni multiple da un unica sorgente dati Il gruppo di host coinvolti nella comunicazione si definisce host group Un host group è identificato da un indirizzo IP di classe D L uso di indirizzi multicast consente di replicare i datagram in modo intelligente Alcuni indirizzi multicast sono allocati in modo permanente Si usa il protocollo IGMP (Internet Group Management Protocol) 41

42 Trasferimento di pacchetti tra host in reti differenti 42 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4

43 Trasferimento di pacchetti tra host della stessa rete A B 43 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4

44 Address Resolution Protocol (ARP) 1/2 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5; [D2] Ch. 4 Protocollo di risoluzione degli indirizzi MAC [RFC 826] È utilizzato per conoscere il MAC address corrispondente ad un determinato indirizzo IP Siano A l host mittente e B l host di cui non si conosce il MAC address L host A invia una richiesta in Broadcast indicando l indirizzo IP di B B risponderà ad A con una reply Unicast Ogni PC ha una cache in cui memorizza le risoluzioni più recenti (sia originate sia a cui si è data una risposta) Ethernet Ethernet Type Dest. Add. Sour. Add Eth. vii header Hw type 2 2 Prot. Hw Prot type size size 1 1 op. 2 Sender Eth. Addr. Sender IP Addr. 28 byte ARP request/reply Target Eth. Addr. Target IP Addr Ethernet Padding FCS 4

45 Address Resolution Protocol (ARP) 2/2 Hw - aa:bb:cc:00:11:22 IP Eth. DA - FF:FF:FF:FF:FF:FF Eth. SA - aa:bb:cc:00:11:22 Arp type 0x0806 op 1 (ARP request) Sender Hw Add - aa:bb:cc:00:11:22 Sender IP Add Target Eth. Add.- 0:0:0:0:0:0 Target IP Add Arp request [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Eth. DA aa:bb:cc:00:11:22 Eth. SA 00:ee:cc:00:11:33 Arp type 0x0806 op 2 (ARP reply) Sender Hw Add 00:ee:cc:00:11:33 Sender IP Add Target Eth. Add.- aa:bb:cc:00:11:22 Target IP Add Arp Reply Hw - 00:ee:cc:00:11:33 IP

46 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 1/2 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Consente ad un host di ottenere da un DHCP server: indirizzo IP Indirizzo IP del router di default Indirizzo IP del server DNS La richiesta è inviata dall host in broadcast sulla rete locale Source IP address = (indica che l host non ha un indirizzo) Dest IP Address = Se non è disponibile alcun DHCP server nella rete locale, la richiesta può essere inoltrata verso un altra rete (se il router di frontiera è opportunamente istruito DHCP relay) Se sono presenti più DHCP server nella medesima rete locale, dopo una fase di contesa, l indirizzo IP è fornito dal server che per primo ha ricevuto la richiesta 46

47 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 2/2 Predecessori del DHCP sono il protocollo RARP (Reverse ARP) ed il protocollo BOOTP [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 47

48 Zero Configuration Networking [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Configurazione della rete in assenza di server e amministratori Sviluppato da IETF Ideale solo per piccole reti (dove non ci sono DHCP e DNS) Link-Local Address: /16 (riservato dalla IANA, detti anche indirizzzi APIPA = Automatic Private IP Address) estrazione casuale (distr. uniforme di un indirizzo nel range [ ] I primi e gli ultimi 256 indirizzi sono riservati per usi futuri Il generatore di numeri casuali inizializza il suo seed partendo dall indirizzo MAC della scheda di rete Probing dell indirizzo mediante ARP Probe, cioè un ARP Request con Sender IP Add.= all 0 ; Target HW Add. = all 0 ; Target IP Add. = IP da provare Se un altro host ha lo stesso indirizzo, si sceglie casualmente un nuovo indirizzo Se nessun host ha l indirizzo scelto, si annuncia tale indirizzo con un ARP Announcement con Sender IP Add.= Target IP Add. = IP scelto. Gli indirizzo Link-local sono di tipo privato e non possono essere usati per il forwarding di dati fuori dalla rete locale 48

49 Internet Control Message Protocol (ICMP) 1/4 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 5 Protocollo per la segnalazione di errori a livello di rete (destinazione non raggiungibile, indisponibilità di memoria per ricevere un datagramma, ecc.) RFC 792 La segnalazione di errore è sempre inviata alla sorgente del datagram IP che ha subito il verificarsi dell errore stesso I messaggi ICMP sono trasportati direttamente come payload di IP (Protocol type 8) Un messaggio ICMP ha un campo tipo e codice e contiene i primi 8 byte del datagram IP che causa la generazione del messaggio stesso Possono essere comunicati altri dati (es. nome router e ind. IP nei TTL expired) 49

50 Internet Control Message Protocol (ICMP) 2/4 ICMP type Code Description 0 0 Echo replay risposta al messaggio di eco (ping) 3 0 Destination network unreachable 3 1 Destination host unreachable 3 2 Destination protocol unreachable 3 3 Destination port unreachable 3 6 Destination network unknown 3 7 Destination host unknown 4 0 Source quench riduzione data rate 4 0 Echo request 9 0 Router advertisement 10 0 Router discovery 11 0 TTL expired 12 0 IP header bad 50

51 Internet Control Message Protocol (ICMP) 3/4 51

52 Internet Control Message Protocol (ICMP) 4/4 Ping (uso messaggi echo request e echo replay) Ping (Echo Request) ICMP type 8 Code 0 Ping (Echo Replay) ICMP type 0 Code 0 Traceroute (invio di normali datagram IP con TTL crescente e ricezione di messaggi TTL expired) IP datagram ICMP TTL expired (TTL iniziale 2) ICMP TTL expired (TTL iniziale 4) TTL=1 TTL=2 TTL=3 TTL=4 ICMP TTL expired (TTL iniziale 1) ICMP TTL expired (TTL iniziale 3) 52

53 Domain Name System (DNS) 1/3 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 6 Meccanismo di traduzione tra una stringa alfabetica ed un indirizzo IP RFC 1035 Struttura gerarchica Disponibilità di name server nell intera Internet Le richieste e le risposte DNS sono opportunamente trasferite mediante segmenti TCP o UDP 53

54 Domain Name System (DNS) 2/3 [1] Ch. 21; [D1] Ch. 6 54

55 Domain Name System (DNS) 3/3 Nome Com Edu Gov Int Mil Net Org Significato Commerciali Educative Governative Internazionali Militari Di supporto alla rete Diverse dai precedenti [1] Ch. 21; [D1] Ch. 6 55

56 TESTI DI RIFERIMENTO [1] A. Pattavina, Reti di Telecomunicazione, Networking e Internet, Seconda Edizione, McGraw-Hill,

57 TESTI DI APPROFONDIMENTO [2] Behrouz A. Forouzan, Reti di calcolatori e Internet, McGraw-Hill, 2007 [3] J. F. Kurose, K. W. Ross, Reti di Calcolatori e Internet, Un approccio top-down, III ed., Pearson Education Italia, 2005 [4] J. Walrand, P. Varaiya, High-Performance Communication Networks- Second edition, Morgan Kaufmann Publishers, [5] S. Gai, P. L. Montessoro, P. Nicoletti, Reti Locali, dal cablaggio all internetworking, Scuola Superiore G. Reiss Romoli,

58 TESTI DI APPROFONDIMENTO [6] B. A. Forouzan, I protocolli TCP/IP, McGraw-Hill, 2006 [7] F. Halsall, Networking e Internet, V ed., Pearson Education Italia, [8] Comer Douglas E., Internetworking con TCP/IP, vol. 1, Principi, protocolli e architetture, Pearson Education Italia, 2006 [9] W. R. Stevens, TCP/IP Illustrated, Volume 1, Addison-Wesley, [10] L. L. Peterson, B. S. Davie, Computer Networks, III ed., Morgan Kauffmann Pub.,