4. Indirizzi Internet

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1 4.1. Introduzione 4. Indirizzi Internet L'indirizzamento è una funzionalità essenziale di qualunque sistema di comunicazione, tanto più per un sistema che vuole essere universale, cioè in rado di connettere due qualunque calcolatori al mondo Identificatori universali Ve ne sono di vario tipo, chiamati in modo diverso: nomi, indirizzi, route,... Secondo Shoch: Nome = cosa è un oggetto Indirizzo = dove è Route = come arrivarci Sono identificazioni a livelli diversi di una macchina. Per le persone: Nome = è pronunciabile e ha un significato Indirizzo = è spesso un numero e si vorrebbe non doverlo ma ricordare Route = non si vuole nemmeno sapere cosa è In TCP/IP gli indirizzi sono numeri binari, compatti, facili da trasmettere e da cui il software di rete può calcolare una route, un instradamento Vedremo poi cosa sono i nomi e come si passa dai nomi agli indirizzi Pagina 4.1

2 4.3. Tre classi primarie di indirizzi IP Poiché internet è una struttura logica e non fisica, la forma degli indirizzi può essere scelta liberamente Ad ogni macchina viene assegnato un indirizzo intero detto indirizzo internet o indirizzo IP (IP è il protocollo che implementa la rete) Ad ogni macchina in una internet TCP/IP viene assegnato un unico indirizzo internet di 32 bit, che viene usato in ogni comunicazione con quella macchina Indirizzo IP = (netid, hostid), dove netid = identifica la rete a cui appartiene la macchina hostid = macchina sulla rete identificata da netid In questo modo si "vede" subito quale è la sottorete destinazione e l'instradamento può essere efficiente Il numero di bit di cui sono fatte le due parti è definito dai primi bit dell'indirizzo, secondo lo schema seguente Classe A 0 netid hostid Classe B 1 0 netid hostid Classe C netid hostid Classe D indirizzo multicast Classe E riservato per uso futuro Pagina 4.2

3 In pratica, gli indirizzi che si usano sono per la maggior parte delle prime tre forme. Della quarta forse parleremo in seguito I primi tre bit determinano la classe a cui appartiene l'indirizzo Vi sono poche reti con moltissime macchine, tantissime con poche macchine e molte con molti Numero di reti Numero di macchine Classe A Classe B Classe C Notate che il numero di bit di netid è variabile all'interno di tre varianti soltanto: è uno schema intermedio fra lunghezza variabile e lunghezza fissa Gli indirizzi specificano le connessioni alla rete Non è proprio vero che un indirizzo identifica un unico host. I router sono attaccati a più di una sottorete; ma ogni sottorete deve avere il suo netid, quindi i router devono avere più di un indirizzo IP: uno per ogni sottorete a cui sono attaccati. I calcolatori con più di una interfaccia di rete sono detti multihomed Poiché gli indirizzi IP codificano sia una sottorete che una macchina su quella sottorete, essi in realtà specificano non una macchina, ma una connessione ad una sottorete Pagina 4.3

4 4.5. Indirizzi di rete e di broadcast Avendo l'identificazione della rete negli indirizzi, si può anche esprimere l'indirizzo di una rete: per convenzione, l'hostid 0 è illegale, perché un indirizzo IP con hostid=0 indica l'intera sottorete. Per convenzione, gli indirizzi IP con hostid costituito di tutti i bit a zero sono indirizzi di sottorete Analogamente, per convenzione si può esprimere un indirizzo di broadcast, cioè che si riferisce a tutte la macchine della sottorete. In molte tecnologie di sottorete il broadcast è supportato dal protocollo di trasmissione (ad es. ethernet) Gli indirizzi IP possono essere usati per specificare broadcast, e si mappano sul broadcast hardware se esiste. Per convenzione, hostid costituito da tutti uno è l'indirizzo di broadcast sulla sottorete indicata da netid Questo indirizzo di broadcast è anche detto indirizzo di broadcast diretto perché contiene un indirizzo di sottorete valido e un indirizzo di host di broadcast Può essere interpretato correttamente in ogni punto dell'internet, ma richiede la conoscenza dell'indirizzo di sottorete Pagina 4.4

5 4.6. Broadcast limitato È un indirizzo di broadcast fatto di 32 bit a uno significa broadcast sulla sottorete in cui appare. Detto indirizzo di broadcast limitato o indirizzo di broadcast della rete locale Può essere usato quando all'avviamento della macchina non è ancora noto l'indirizzo di rete locale: come si fa a conoscere il proprio indirizzo di rete? Vedremo nel seguito! In generale IP restringe il broadcast al più piccolo insieme di macchine che possono essere interessate: vedremo poi come e perché 4.7. Usare lo Zero per indicare "Questo" Un campo con tutti Uno indica "tutti". Un campo di tutti Zero indica "questo". hostid = 0 indica "questo host" netid = 0 indica "questa rete" Questa convenzione dipende enormemente dal contesto. Se una macchina non conosce l'indirizzo di sottorete su cui si trova, può inviare pacchetti in cui il proprio indirizzo di macchina è specificato, mentre quello di sottorete è a zero. Le altre macchine intendono che il sorgente sia sulla loro stessa rete, e i router non inoltra tale pacchetto su altre reti Pagina 4.5

6 Indirizzo di Multicast IP supporta una consegna a molti destinatari detta multicasting, che è utile quando l'hardware supporta questa forma di indirizzamento Le macchine si registrano con il proprio indirizzo di macchina, e inoltre ad un certo numero di indirizzi di multicast (Classe D). Ricevono quindi tutti i pacchetti indirizzati a loro singolarmente e quelli indirizzati ad uno degli indirizzi di multicast al quale si sono registrati 4.8. Difetti dell'indirizzamento IP Quando una macchina viene spostata da una sottorete ad un'altra, il suo indirizzo IP deve cambiare Quindi non va bene per i portatili! Quando una sottorete di classe C diventa così grande da superare il limite di 254 macchine, occorre cambiare l'indirizzo di sottorete per passare a una classe B un grande lavoro di riconfigurazione della macchine, un lungo periodo di inattività! Il vantaggio di basare l'instradamento sul netid ha il seguente svantaggio: Il cammino seguito dai pacchetti indirizzati ad una macchina multihomed dipende dall'indirizzo che viene usato come destinazione Pagina 4.6

7 È innaturale pensare che la raggiungibilità di una macchina dipenda dalla capacità di instradare i pacchetti usando uno degli indirizzi della macchina. Conoscere l'indirizzo di una macchina non basta per poterla raggiungere: Sottorete 1 I 1 I 3 I 4 G A B I 2 I 5 Sottorete 2 Figura 4-2 Se l'interfaccia I 4 si guasta, A deve usare un indirizzo della Sottorete 2 per poter raggiungere B! Alcuni utenti di A potranno perdere la connettività con B, altri invece continueranno come prima del guasto 4.9. Notazione decimale puntata (o dotted quad) I numeri binari sono scomodi da ricordare: meglio i decimali! Ogni byte dell'indirizzo IP viene scritto in decimale, e i quattro decimali vengono separati da un "." Esempio Gli indirizzi IP vengono quasi sempre in dotted quad (in un testo, non in un pacchetto IP!) Pagina 4.7

8 Notate che la dotted quad non permette facilmente di capire la classe di una rete, perché questa dipende dai primi bit della rappresentazione binaria. Si può ricavare l'intervallo di valori del primo byte che caratterizzano una classe Number of Networks Number of Host per Network Range of Network IDs (First Octet) Class A Class B Class C Indirizzo di loopback L'indirizzo è riservato per il loopback, cioè per indicare che la destinazione è la macchina stessa, quindi il pacchetto non viene nemmeno spedito sulla rete Viene usato per testing degli strati superiori (il loopback è fatto dalla parte bassa di IP) e per interprocess communication all'interno della macchina (le applicazioni si parlano come se fossero su macchine diverse) Pagina 4.8

9 4.11. Riassunto delle convenzioni su indirizzi speciali tutti 0 Questa macchina 1 tutti 0 hostid hostid su questa rete 1 tutti 1 limited broadcast 2 netid tutti 1 broadcast diretto per netid qualunque loopback 3 Figura 4-3. Note: (1) Solo al boot del sistema, non è un valido indirizzo di destinazione (2) Non è un valido indirizzo di mittente (3) Non dovrebbe mai apparire su una rete Internet Addressing Authority I netid devono essere unici al mondo, altrimenti non si potrebbe instradare correttamente una autorità centrale deve assegnare i netid agli utenti: Network Information Center (NIC) Ora che Internet è veramente distribuita in tutto il mondo, il NIC decentra ad autorità nazionali l'assegnazione dei netid Gli hostid devono essere assegnati in modo unico alle macchine dal gestore della rete che ha ricevuto il netid. Se due o più macchine hanno lo stesso hostid la internet locale non funziona; vedremo poi perché Anche se non si pensa di collegarsi all'internet, non è saggio usare indirizzi ufficiali, che non ci sono assegnati, perché quando si vorrà collegarsi ad Internet vi saranno problemi Pagina 4.9

10 4.13. Un esempio Ethernet Merlin (multihomed) Guenevere (ethernet host) Glatisant (router) Lancelot (ethernet host) Arthur (pronet host) pronet Taliesyn (router) ARPANET Abbiamo tre reti: ARPANET ( ), una ethernet ( ) e una pronet-10 ( ) di classe A, B, e C. Notare la distinzione fra una macchina multihomed e un router! Notare che Merlin ha lo stesso byte meno significativo nell'indirizzo (per aiutare a ricordarsi) Pagina 4.10

11 4.14. Network byte order Oltre a preoccuparsi di realizzare una internet con tecnologie diverse di sottorete, occorre preoccuparsi di poter connettere macchine basate su processori diversi, con diverse rappresentazioni dei dati definire una rappresentazione standard dei dati scambiati fra le macchine. Come vengono scambiati gli interi di 32 bit? Ognuno li può rappresentare in forma diversa Little Endian: sono macchine nelle quali l'indirizzo di memoria più basso contiene il byte meno significativo dell'intero Big Endian: sono macchine nelle quali l'indirizzo di memoria più basso contiene il byte più significativo dell'intero La ragione del nome è la seguente: se disegnate su un foglio i numeri come usuale, le macchine Little Endian terminano il numero con indirizzo di memoria piccolo, le macchine Big Endian terminano il numero con indirizzo di memoria grande Tutte le macchine inviano in rete prima il byte con indirizzo piccolo e poi quello con indirizzo maggiore (perché la memoria è una sequenza di byte!) In internet come vengono scambiati gli interi? Il network standard byte order è quello delle Big Endian. Notate che gli indirizzi IP devono essere scambiati (ma ci sono anche altri interi che devono essere scambiati) quindi il network standard byte order è essenziale già a livello di IP Nei livelli superiori si pongono problemi di scambio dati ancora più pesanti e non basterà definire un byte order per gli interi senza segno! Pagina 4.11

12 4.15. Conclusioni Abbiamo visto la prima cosa fondamentale che un servizio di comunicazione, e in particolare un servizio di livello rete, deve fornire: un indirizzamento uniforme e globale Pagina 4.12