Indirizzamento ed Instradamento. Adelmo De Santis

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1 Indirizzamento ed Instradamento Adelmo De Santis 1

2 Introduzione 2

3 Introduzione Reti di calcolatori Sono insiemi di calcolatori, distribuiti geograficamente che possono scambiare dati ed informazioni tra di loro. 3

4 Introduzione Reti di calcolatori Internet: è una rete di reti. 4

5 Introduzione Reti di calcolatori Scopo della lezione: 5

6 Introduzione Protocolli Comunicazione possibile se basata su REGOLE per lo scambio dei dati e per il loro controllo -> PROTOCOLLI 6

7 Introduzione Protocolli Uno dei primi protocolli di tipo layered nato nei primi anni 70; Protocollo di tipo «open» 7

8 Introduzione Protocolli 8

9 Introduzione Protocolli 9

10 Introduzione Protocolli 10

11 Introduzione Indirizzamento Il modello ISO/OSI descrive il processo di codifica, formattazione, segmentazione e incapsulamento dei dati. Ogni frammento di dati che viene immesso nella rete deve avere un indirizzo sorgente ed un indirizzo destinazione. Ci sono differenti tipologie di indirizzi che sono coinvolte nell indirizzamento dei dati in una comunicazione. 11

12 Introduzione Indirizzamento Host Physical Address - MAC Fa parte del PDU di Layer 2 (FRAME); Indirizzo del destinatario sul mezzo FISICO; 12

13 Introduzione Indirizzamento Indirizzo di Livello 3 - IP Schema di indirizzamento che consente di scambiare dati tra dispositivi che fanno capo a RETI differenti; Sono gestiti da apparati di livello 3 (router) che analizzano l indirizzo IP determinano dove debbono andare i dati ed effettuano la loro spedizione. 13

14 Introduzione Indirizzamento Indirizzo di Livello 4 TCP/UDP Sono indirizzi che consentono di fare arrivare i dati alle corrette applicazioni sulla macchina destinatario. 14

15 Introduzione Indirizzamento Considerazioni Riassuntive 15

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17 Protocollo IPv4 - caratteristiche Protocollo di tipo «connectionless»; Best Effort Delivery -> nessun overhead per il controllo di consegna; Media Independent; Unreliable Protocol (protocollo inaffidabile): non ha la capacità di gestire e recuperare pacchetti errati o persi. Studiato per massimizzare la velocità ed il carico di processamento. 17

18 Protocollo IPv4 - pacchetto 18

19 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP Indirizzo IP unico per ogni dispositivo presente in rete ( ); Lunghezza: 32 bit rappresentazione: dotted decimal form Nell indirizzo si possono identificare due parti: network: è invariato per tutti gli host che appartengono alla stessa rete; host: la lunghezza di questo campo determina la grandezza della rete; Network Address: indirizzo che indica la rete; Broadcast Address: indirizzo speciale, invia dati a tutti gli hosts della rete; Host Address: Indirizzo assegnato ai dispositivi finali della rete (PC o altro); 19

20 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP - Tipologie Come riconoscere la «network portion» in un indirizzo IP? Indicazione «prefix length» - Il numero dei bit della porzione di rete. 20

21 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP - Tipologie 21

22 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP - Tipologie 22

23 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP - Tipologie Esempio 1 Network address: /24 Netmask Broadcast address Host: Esempio 2 (subnetting) Network address /28 Netmask Broadcast address

24 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP - Tipologie Esempio 1 (supernet) Network address /20 Netmask Address Real Network: /20 BroadCast

25 Protocollo IPv4 Tipologie di trasmissione UNICAST invio dei dati da un host ad un altro host direttamente; il campo «destination address» è istanziato con l indirizzo del destinatario; BROADCAST Invio dei dati a tutti gli host di una stessa RETE; utilizzo di un indirizzo destinazione speciale; usato per applicazioni speciali, tipicamente query. MULTICAST Invio di un solo pacchetto per soddisfare tanti host; I client multicast devono effettuare una sottoscrizione al servizio; Protocolli ausiliari; Conservazione della banda. 25

26 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP Indirizzi Riservati Segmento MULTICAST (RFC 790) > Segmento SPERIMENTALE (RFC 1700 e 3330) > Blocchi di indirizzi PRIVATI (RFC 1918) > ( /8) > ( /12) > ( /16) 26

27 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP Indirizzi Riservati 27

28 Protocollo IPv4 Indirizzamento IP Indirizzi Speciali Indirizzo LOCALHOST Indirizzo speciale utilizzato per inviare dati su se stessi; Indirizzo di loopback; ; Indirizzi LINK-LOCAL Rete /16 Assegnati automaticamente dal sistema operativo ad host; TTL=1 28

29 Protocollo IPv6 Introduzione Sviluppato per fare fronte all esaurimento degli indirizzi IPv4; Migliora notevolmente il protocollo precedente aggiunge nuove caratteristiche; Integrazione della sicurezza; QoS Maggiore scalabilità Campo indirizzi a 128 bit: 2 *10^38 nodi indirizzabili!! Header «dinamico» ed estensibile! 29

30 Protocollo IPv6 Non semplice migrare lo spazio di indirizzamento prevedere condivisione: Dual stack IPv4 e IPv6; IPv6 over IPv4 ( 6to4 tunneling); Rappresentazione degli indirizzo: sono divisi in 8 segmenti da 16 bit (32 simboli esadecimali); gli zeri iniziali sono opzionali; gli zeri possono essere rappresentati da «::» solo 1 volta; FF01:0:0:0:0:0:0:1 -> FF01::1!! Stateless Autoconfiguration Caratteristica «plug n play» che consente connessione automatica ad una rete 30

31 Protocollo IPv6 Indirizzi UNICAST, MULTICAST, ANYCAST Unicast: identifica una interfaccia di un dispositivo; Link-local propri di un solo LINK (scope ridotto); ogni dispositivo deve avere ALMENO un link-local. FE80::/10 automatic network discovery Global Unicast sono unici a livello globale e possono essere instradati; Unlimited Scope Multicast: rimpiazza il broadcast del protocollo IPv4 Aumento della efficienza di trasmissione dati; Anycast: identifica una lista di nodi e quindi interfacce multiple. 31

32 Protocollo IPv6 Mobilità Mobile IP: consente ad un dispositivo mobile di muoversi attraverso le reti senza interrompere la comunicazione. Caratteristica NATIVA di IPv6; Sono introdotti header aggiuntivi per migliorare il funzionamento; La autoconfigurazione ed il neighbor discovery aumentano efficienza; 32

33 Instradamento IP 33

34 Instradamento IP - Terminologia WAN Wide Area Network rete per lo scambio dati che si estende su una regione geografica vasta opera a livello 1 e 2 utilizza infrastrutture di comunicazione appartenenti a dei «carrier» utilizzano diversi livelli di incapsulamento a livello data link: HDLC (High Level Data Link Control); Frame Relay Point to Point Protocol (PPP) LAPB / LAPD 34

35 Instradamento IP - Terminologia traceroute to ( ), 30 hops max, 40 byte packets ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 4 ru-unian-re1-an.an.garr.net ( ) ms ms ms 5 re1-an-rx1-bo1.bo1.garr.net ( ) ms ms ms 6 rx1-bo1-rx1-mi1.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 7 rx1-mi1-r-mi1.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 8 xe csr1.lin1.gblx.net ( ) ms xe csr1.lin1.gblx.net ( ) ms ms 9 xe g.scr1.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 10 lag1.ar4.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 11 sprint-1.ar3.fra4.gblx.net ( ) ms ms ms 35

36 Instradamento IP - Terminologia 36

37 Instradamento IP Router Hanno porte LAN e WAN; Lavorano a livello 3 ISO OSI; Sono interconnessi a livello 2; Sono apparecchiature dedicate all instradamento di dati in una rete; Possono avere sistema operativo: Generico (Linux Windows BSD - ); Dedicato (Cisco IOS, Juniper JunOS, ); Decidono su quale interfaccia inviare i dati a seconda: della configurazione; di algoritmi di instradamento; tabelle di ROUTING. 37

38 Instradamento IP Router Instradamento Processo utilizzato dal router per inoltrare i pacchetti verso la rete di destinazione; Processo decisionale effettuato sulla base dell indirizzo IP di destinazione; Il router deve sapere «la strada» per raggiungere una destinazione: rotta Statica; Dinamica; Le rotte vengono scelte sulla base di longest match administrative distance metric 38

39 Instradamento IP Router Instradamento Longest Match Pacchetto con destinazione: Destinazione Netmask Gateway Interfaccia Eth Eth eth2 Destinazione entry entry entry In caso si abbiano più destinazioni che hanno lo stesso match si confrontano gli altri parametri : distanza amministrativa e metrica. 39

40 Instradamento IP Router Routing Statico Tipicamente usate in reti di piccole dimensioni; Aggiornate manualmente ad ogni cambiamento della topologia di rete; Aggiornamento delle rotte con comandi sistema operativo: Ip route s0 (interfaccia) ip route (netx hop) /sbin/ip route add /24 via dev eth0 /sbin/ip route add via dev eth0 40

41 Instradamento IP Router Routing Statico Rotta predefinita Consente di inoltrare pacchetti la cui destinazione non corrisponde a nessuna delle rotte inserite; Si tratta a tutti gli effetti di una rotta statica «particolare» Utilizza un indirizzo «cacth all» verso il «default gateway» Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface UGH eth U eth UG eth UG eth1 41

42 Instradamento IP Router Routing Statico 42

43 Instradamento IP Router I routers Cisco 7204 VXR 43

44 Instradamento IP Router I routers! 44

45 Instradamento IP Router I routers! 45

46 Instradamento IP Router I routers Juniper M7i 46

47 Instradamento IP Router I routers! 47

48 Instradamento IP Router I routers! 48

49 Instradamento IP Router I routers Juniper M10 49

50 Instradamento IP Router I routers Juniper Mx80 50

51 Instradamento IP Router I routers! 51

52 Instradamento IP Router I routers! 52

53 Instradamento IP Router I routers! 53

54 Instradamento IP Router I routers Cisco

55 Instradamento IP Router I routers! 55

56 Instradamento IP Router I routers! 56

57 Instradamento IP Router I routers Cisco

58 Instradamento IP Router I routers! 58

59 Instradamento IP Router I routers! 59

60 Instradamento IP Router I routers Cisco

61 Instradamento IP Router I routers Cisco

62 Instradamento IP Router I routers Cisco

63 Instradamento IP Router Routing Dinamico Risolve il problema dell aggiornamento manuale delle tabelle in grandi reti; Protocolli di routing dinamico (instradamento dinamico ); Interior Gateway Protocols RIP routing information protocol OSPF open shortest path first EIGRP Enhanced Interior Gateway Protocol IS-IS Intermediate system to intermediate system Exterior Gateway Protocols BGP Border Gateway Protocol 63

64 Instradamento IP Router Routing Dinamico Protocolli di Routing Sono basati su algoritmi differenti: Distance Vector (Bellman-Ford) RIP Link-State (Djiskra) OSPF IS-IS Advanced Distance Vector BGP 64

65 Instradamento IP Router Routing Dinamico Protocolli di Routing 65

66 Instradamento IP Router Protocolli Distance Vector Non conosce la topologia della rete nella sua interezza; Stabilisce un vettore (direzione e lunghezza) verso ogni destinazione; I router pubblicano la loro INTERA routing table periodicamente; Instradamento Classful senza supporto per VLSM; Metrica Molto semplice; Lenta convergenza! 66

67 Instradamento IP Router Protocolli Distance Vector 67

68 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Conoscenza completa della rete: topologia e connessioni dei router; Costruzione di un database topologico; Costruzione di un albero (SPF) per il calcolo dell accessibilità della rete; Scambio di informazioni tra router attraverso LSA (Link State Advertisments); Algoritmo «pesante» per processore e memoria; Consumo di banda per il continuo scambio di informazioni tra router; 68

69 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First Protocollo Link-State veloce ed accurato; Piuttosto complesso nel funzionamento ma ottimo per didattica e reti. Router scambiano «hello packets» per formare delle «adiacenze»; Quindi inviano periodicamene degli LSA che sono «flooded» a tutti i vicini; Tutti i router della stessa AREA hanno lo stesso database di conoscenza; Sulla base dati viene eseguito SPF per creare degli alberi verso ogni destinazione nota. I percorsi migliori (best paths) sono nella routing table. Lo standard definisce: 5 diverse tipologie di rete 5 diversi tipi di pacchetti scambiati tra i routers; 69

70 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First 70

71 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First 71

72 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First 72

73 Instradamento IP Router Protocolli Link-State Open Shortest Path First (OSPF Router Protocol Movie) 73

74 Instradamento IP Router Protocolli Link-State - EIGRP Protocollo proprietario CISCO di tipo ibrido. Convergenza molto veloce; Possono essere individuate delle «second best paths» Supporto VLSM; Possibilità di aggiornamenti parziali solo per aggiornare i dati cambiati; Calcolo della metrica molto complesso ed ottimizzabile; Metrica composta; Basato su 5 parametri impostabili anche da utente; 74

75 Instradamento IP Router Protocolli Link-State - EIGRP Utilizzo estensivo di basi dati: Neighbor table; Topology table; Routing Table 75

76 Instradamento IP Router Protocolli Link-State - EIGRP 76

77 Instradamento IP Router Protocolli Link-State - EIGRP Introduce il concetto di AUTONOMOUS SYSTEM: I vicini debbono avere lo stesso AS per potere scambiare dati; I vicini scambiano informazioni tra loro attraverso 5 pacchetti: Hello Updates Queries Replies Ack 77

78 Instradamento IP Router Protocolli Link-State - EIGRP 78

79 Instradamento IP Router BGP Protocollo sviluppato e studiato per consentire lo scambio dati TRA ISP; Exterior Gateway Protocols ; Consento lo scambio di informazioni di routing tra AUTONOMOUS SYSTEMS a set of routers under a single technical administration, using an IGP and common metrics to route packets within the autonomous system, and using an inter-autonomous system routing protocol (also called an EGP) to determine how to route packets to other autonomous systems. All interno di un AS si possono usare diversi IGP per propagare le informazioni di routing!! 79

80 Instradamento IP Router BGP MultiHoming: un AS che presenta più connessioni alla rete internet. Aumento della affidabilità Aumento della velocità. 80

81 Instradamento IP Router BGP 81

82 Instradamento IP Router BGP 82

83 Instradamento IP Router BGP Scopo di BGP: Fornire un sistema di instradamento che garantisca lo scambio di informazioni di routing tra AS senza formazione di loop. Autonomous Systems Numerati con 16bit, range 1 -> ( > privati); Ente numeratore: IANA e RIR 83

84 Instradamento IP Router BGP IGP (RIP EIGRP OSPF) Sono protocolli che cercano la via migliore per andare da un punto A ad un punto B di una rete di una azienda, sulla base della loro metrica. Scambiano una lista di reti e le metriche per raggiungerle. BGP Non ha una vera e propria metrica in quanto è un policy-based routing protocol. Consente di controllare come scorre il traffico attraverso un ISP usando una serie di attributi che condizionano il flusso dei dati. Scambiano solo informazioni di raggiungibilità (path-vectors); Visione della rete come un grafo privo di loop di soli AS. 84

85 Instradamento IP Router BGP Internet funziona con il paradigma hop-by-hop AS64512 conosce SOLO i path che gli vengono annunciati dai vicini AS64512 può decidere attraverso quale vicino passare attraverso le policy BGP; 85

86 Instradamento IP Router BGP Best Path Selection 86

87 Instradamento IP Router BGP Caratteristiche Protocollo piuttosto complesso che utilizza TCP per lo scambio dati; Utilizza dei messaggi periodici per confermare l esistenza dei vicini; Invia solo dati in forma incrementale; Studiato per una scalabilità verso reti di grandi dimensioni. Complesso da configurare e da gestire; Configurazione impropria può avere effetti deleteri sul transito dati; Utilizzo di basi dati: 87

88 Instradamento IP Router BGP Funzionamento Conoscere la rete dei neighbors. Configurare le reti che debbono essere annunciate (se presenti nella RT); 88

89 Instradamento IP Router BGP Funzionamento 89

90 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato Utilizzo nativo negli Internet Exchange Point Sono delle reti locali, opportunamente dimensionate, attraverso le quali i providers possono scambiare tra loro dati di routing o VoiP In Italia: MIX Milano Internet exchange; NaMEX Nautilus Mediterranean exchange TOP-IX Torino Piemonte Internet exchange FVG-IX TIX Tuscany Internet exchange NaMEX-B MINAP VSIX 90

91 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato Presso gli Internet exchange si trovano ISP (Peers) operatori internet che realizzano rapporti di peering con altri ISP Carrier operatori delle telecomunicazioni che offrono connettività da e verso il MIX con le loro apparecchiature; Gestori Top-Level-Domain / Root-Name-Servers offrono servizi super-partes agli operatori Uno dei più grandi Internet exchange Europei 91

92 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato 92

93 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato 93

94 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato 94

95 Instradamento IP Router BGP Dove viene usato 95