Indirizzi IP. Architettura di TCP/IP. IP: Internet Protocol. IP:Internet Protocol. Il livello Network si occupa di: È il livello di Network di TCP/IP

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1 I semestre 03/04 Architettura di TCP/IP Indirizzi IP L architettura di Internet è organizzata intorno a tre servizi organizzati gerarchicamente Prof. Vincenzo Auletta auletta@dia.unisa.it Servizi Applicativi FTP, telnet,... Servizio di trasporto affidabile TCP Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 Servizio inaffidabile di consegna di pacchetti IP IP: Internet Protocol IP:Internet Protocol È il livello di Network di TCP/IP consente a due entità di protocollo di trasporto, residenti su macchine differenti, di scambiare messaggi in modo trasparente Un protocollo datato ma non obsoleto Il livello Network si occupa di: servizi di rete indirizzamento istradamento qualità del servizio dimensione massima dei pacchetti controllo degli errori controllo del flusso Delegati al livello di trasporto TCP 3 4

2 IP: Internet Protocol IP: Internet Protocol IP fornisce un servizio non connesso Ogni datagram (pacchetto IP) è trattato separatamente Pacchetti relativi alla stessa sessione potrebbero seguire percorsi differenti nell internet inaffidabile La consegna del datagram al destinatario non è garantita al meglio delle possibilità (best try) Il protocollo non decide mai deliberatamente di eliminare un datagram Il protocollo IP provvede a: definire il formato delle unità elementari di dati (datagram) trasferiti su una rete TCP/IP fornire un metodo di indirizzamento universale per l internet scegliere il percorso che un datagram segue nell internet per giungere a destinazione definire le regole che servono a implementare il concetto di consegna inaffidabile di datagram 5 6 Esempio di Architettura di Rete Interazioni di IP con altri Protocolli FTP client FTP server User Proc. User Proc. User Proc. User Proc. Application TCP router TCP TCP UDP Transport IP IP IP driver driver driver driver ICMP IP IGMP Network ARP HW Intrfc RARP Link 7 8

3 Indirizzi IP Formato degli Indirizzi IP 9 Un indirizzo IP identifica univocamente un utente dei servizi di rete L indirizzo è assegnato all interfaccia di rete un host può avere più indirizzi IP (multihomed), uno per ogni interfaccia di rete il formato dell indirizzo è indipendente dal tipo di rete fisica a cui l host è collegato Gli indirizzi sono assegnati da una autorità unica che ne garantisce l univocità Fino al 98 una persona si occupava di tutto Attualmente la Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) si occupa di assegnare gli indirizzi ed i nomi 10 Sono ampi 32 bit (4 byte) Si scrivono come 4 numeri decimali separati dal carattere. Ogni numero rappresenta il contenuto di un byte ed è quindi compreso tra 0 e 255 Esempi ( ) ( ) ( ) Indirizzi IP Ogni indirizzo è formato da due parti identificativo di rete identificativo di host Gli indirizzi a due livelli facilitano la politica di gestione degli indirizzi e l istradamento dei datagram sull internet I gateway utilizzano l identificativo di rete per far arrivare il datagram alla rete fisica del destinatario Il gateway della rete del destinatario utilizza l identificativo di host per trasferire il datagram al destinatario Schema di Indirizzamento con le Classi Meccanismo di indirizzamento originario Pensato per l internet degli anni 80 Non ha retto alla enorme diffusione di Internet Prevede 5 classi di indirizzi Le classi differiscono per la lunghezza degli identificativi di rete e di host La lunghezza complessiva è sempre 32 bit La classe di un indirizzo è identificata dai primi 4 bit 11 12

4 Formato degli Indirizzi di classe A, B e C Formato degli Indirizzi di classe D ed E Rete Multicast Address Classe A Rete Classe B Classe D Classe E Reserved for Future Use Rete 13 Classe C 14 Classe A Identificativo di rete 7 bit max 128 reti valori compresi tra e Identificativo di host 24 bit max 16M host Classe B Identificativo di rete 14 bit max 16K reti valori compresi tra e Identificativo di host 16 bit max 64K host Rete Rete

5 Classe C Identificativo di rete 21 bit max 2M reti valori compresi tra e Identificativo di host 8 bit max 256 host Classe D destinato per un insieme di host che appartengono ad un gruppo multicast valori compresi tra e lo vedremo in dettaglio in seguito Rete multicast group ID Classe E destinato per usi futuri valori compresi tra e riservato per usi futuri Assegnazione degli Indirizzi L autorità centrale assegna gli identificativi di rete l utente fa richiesta per una classe di indirizzi L amministratore di rete assegna gli identificativi di host la responsabilità sull univocità degli indirizzi di host è delegata ad un autorità locale E possibile assegnare arbitrariamente indirizzi a host senza richiederli all ICANN...questi indirizzi non possono essere utilizzati sull Internet 19 20

6 Indirizzi di Rete e Indirizzi di Un indirizzo IP si può riferire sia ad un singolo host che ad un intera rete l indirizzo di host 0 è riservato e identifica la rete nel suo complesso utilizzato nelle tabelle di routing Esempio identifica l host 10 della rete di classe C identifica la rete di classe C Ordine di Trasmissione network byte order: bit 0-7 bit 8-15 bit bit Byte ordering per interi binari: Macchine con Big Endian: o.k. Macchine con Little endian...devono fare la conversione a network byte order IP Routing: Cenni Se la destinazione è connessa direttamente all host o su una rete condivisa (e.g. ethernet/token ring): il datagram è mandato direttamente a destinazione Altrimenti l host manda il datagram ad un router di default che lo spedirà a destinazione è tutto semplice? IP Routing: Tavola di Routing Lo strato di IP di un sistema può essere configurato come un host oppure come host+router Lo strato di IP ha una tavola di routing (che usa ogni volta che riceve un datagram) contenente: Indirizzo IP di destinazione: di rete o completo Indirizzo di next-hop router o di net-id direttamente connessa Flag: specificano il tipo dei due indirizzi precedenti specifiche di quale interfaccia di rete su cui immettere il datagram per la trasmissione /sbin/route (...Unix) route PRINT (NT)

7 25 Utilizzo della Tavola di Routing matching con l indirizzo di host completo manda il pacchetto al next-hop router o all interf. connessa direttamente (indicati) point-to-point matching con l indirizzo di rete manda il pacchetto al next-hop router o all interf. connessa direttamente (indicati) ethernet default route manda il pacchetto al next-hop router indicato altrimenti... packet undeliverable host unreachable network unreachable 26 Indirizzi Riservati tutti 0 questo host tutti 0 host host su questa rete tutti 1 rete tutti 1 tutti gli host della rete broadcast limitato tutti gli host di rete broadcast diretto 127 any (in genere 0.0.1) loopback Indirizzi di Broadcast Indirizzo di Loopback 27 Un indirizzo con tutti i bit dell identificativo di host uguali ad 1 identifica tutti gli host di una rete: net-id broadcast un datagram spedito ad un indirizzo broadcast verrà consegnato a tutti gli host della rete su alcune reti può essere molto costoso Esempio identifica tutti gli host della rete L indirizzo identifica tutti gli host della rete a cui è collegato il mittente: 28 L indirizzo è riservato per il loopback l indirizzo identifica lo stesso host che ha spedito il datagram utile per test e debugging consente di gestire la comunicazione tra processi sulla macchina locale allo stesso modo che tra processi remoti lo standard IP vieta di definire indirizzi con identificativi di rete 127

8 Indirizzi Locali Reti Logiche e Fisiche: Esempio di classe C Alcuni identificativi di rete sono stati riservati per uso privato Ogni organizzazione è libera di assegnare questi indirizzi ai suoi host I router non istraderanno mai datagram da e verso host con questi indirizzi Indirizzi disponibili Router Bridge Debolezze dello Schema di Indirizzamento L indirizzo IP si riferisce alla connessione alla rete se un host cambia rete deve cambiare indirizzo Problematico gestire utenti mobili Se un host ha più indirizzi il comportamento del protocollo IP dipende dall indirizzo utilizzato se una rete di classe C supera i 255 host tutti gli indirizzi devono essere riconvertiti a classe B Cambia l identificativo di rete Tutti i router dovrebbero aggiornare le tabelle di routing Nessuno richiede indirizzi di classe C 32 Esaurimento degli Indirizzi di classe B una rete di 256 host richiede un indirizzo di classe B oltre indirizzi inutilizzati gli indirizzi di classe B sono quasi esauriti Come migliorare l utilizzo dello spazio degli indirizzi di IP, mantenendo la compatibilità con il vecchio sistema? Assegnare lo stesso identificativo di rete a più reti fisiche...subnetting

9 33 Subnetting L indirizzo IP è diviso in una parte pubblica (ex rete) ed una parte locale (ex host) parte pubblica parte pubblica il routing nell internet è fatto sulla parte pubblica Compatibile con il vecchio schema parte locale rete host dimensione ridotta delle tavole sull Internet la parte locale è divisa in un identificativo di rete fisica ed un identificativo di host 34 Uso del Subnetting La dimensione dell identificativo di rete della parte locale non è fissata consente la massima flessibilità per la gestione dello spazio degli indirizzi una rete di classe B può essere divisa per esempio in 254 sottoreti da 254 host (8 bit net-id + 8 bit host) sottoreti da 8190 host (3 bit net-id + 13 bit host) sottoreti da 6 host (13 bit net-id + 3 host)...-2 Per interpretare correttamente gli indirizzi c'è bisogno di distinguere tra identificativo di rete e host 35 Netmask Un amministratore che vuole partizionare una rete in sottoreti deve definire una netmask maschera di 32 bit bit a 1 in corrispondenza dei campi network e subnetwork bit a 0 in corrispondenza del campo host Lo standard ammette tutte le sequenze di 32 bit come maschere nella realtà vengono utilizzate solo maschere costituite da una sequenza di 1 seguita da una sequenza di 0 Es ( ) 36 Esempio di Netmask Partizionare la rete di classe B in 14 subnet da 4094 host Netmask o / Notazione alternativa {network, subnet, host} La sottorete 2 ha indirizzo ( , 2, 0) L indirizzo di broadcast della sottorete 2 è ( , 2, -1)

10 37 Subnet Classe C: /28 NET ID PRIMO HOST ULTIMO NET ID PRIMO HOST ULTIMO Indirizzi di Broadcast per Sottoreti Lo standard stabilisce che con k bit si possono specificare 2 k indirizzi di sottoreti anche la sottorete 0 e la sottorete 2 k -1 Ogni sottorete ha un proprio indirizzo di rete ed un indirizzo di broadcast indirizzo di host formato da tutti 0 o tutti 1 E possibile associare anche un indirizzo di rete ed un indirizzo di broadcast all insieme delle sottoreti però non si possono usare gli indirizzi di sottorete 0 e 2 k -1 la soluzione dipende dal router i router CISCO vietano l uso di 0 e 2 k -1 come indirizzi di sottorete Indirizzi di Subnet di Lunghezza Variabile E possibile costruire sottoreti con netmask di lunghezza differente Es. dividere una rete di classe C in una sottorete con 126 host e due sottoreti con 62 host L utilizzo di netmask di lunghezza differente rende più difficile la gestione dell instradamento ed è sconsigliata si possono creare indirizzi ambigui (soprattutto per broadcast) Schema di Indirizzamento senza Classi (CIDR) Agli inizi degli anni 90 ci si è resi conto che gli indirizzi disponibili si stavano esaurendo la soluzione del subnetting aveva solo rinviato il problema Soluzioni Allargare lo spazio di indirizzamento a 128 bit (IP6) a larga scadenza Rendere più flessibile l utilizzo degli indirizzi a 32 bit (indirizzi senza classi CIDR) a breve scadenza 39 40

11 41 Supernetting Lo schema CIDR consente di assegnare alla stessa rete fisica un blocco di indirizzi di rete consecutivi (net, count) count indirizzi di rete a partire da net Consente anche di ridurre le dimensioni delle tavole di routing Esempio: ( , 2) identifica le reti di classe C e permette di assegnare ad una rete di 256 host due indirizzi di classe C consecutivi invece che un indirizzo di classe B 42 Indirizzi CIDR e Bitmask Lo schema CIDR consente di assegnare blocchi di indirizzi di dimensione 2 k, per ogni k Utilizza una bitmask (equivalente a netmask) per identificare la dimensione dei blocchi Esempio: assegnare un blocco di 2048 indirizzi a partire da Servono 11 bit per identificare ogni host Indirizzo CIDR /21 Tutti gli indirizzi di un blocco hanno un prefisso comune identificato dalla bitmask il prefisso è utilizzato nelle tabelle di routing come indirizzo di rete 43 Filosofia di CIDR L accesso all internet è gestita dagli ISP ad ogni ISP è assegnato un blocco di indirizzi contigui distinto Ogni ISP subnetta il suo blocco di indirizzi in sottoblocchi contigui da assegnare ai suoi clienti ogni sottoblocco sarà identificato da un prefisso comune ed una bitmask L istradamento è più facile un router conosce le rotte solo agli host del suo blocco tutto il traffico rimanente è inviato al router del superblocco che lo contiene