Prima Lezione: Indirizzi IP Bit di rete Bit di host

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1 Prima Lezione: Indirizzi IP Gli scopi del livello di rete sono unire più reti (rete X e rete y nel disegno) instradare e indirizzare i pacchetti attraverso le diverse reti Se un pacchetto P deve andare dal nodo A al nodo C Viene inserito in un FRAME destinato al Router Il Router estrae il pacchetto dal FRAME e lo inserisce in un nuovo FRAME destinato al nodo B Se un pacchetto deve andare dal nodo A al nodo C viene messo in un FRAdestinato direttamente al nodo C (A e C sono nella stessa rete) Ci sono dunque due tipi di indirizzi: Indirizzi dei FRAME Indirizzi di livello Data Link Indirizzi MAC (sei coppie di cifre esadecimali ) Indirizzi dei PACCHETTI Indirizzi di livello di Rete INDIRIZZI IP (32 bit divisi in quattro ottetti) Quindi a Livello di rete si parla di INDIRIZZI IP Un Indirizzo IP è formato da 32 bit divisi in 4 ottetti. Un indirizzo IP si rappresenta con 4 numeri interi da 0 a 255 (ogni numero corrisponde all equivalente decimale di un ottetto) separati da un punto. I 32 bit non hanno lo stesso significato: i bit più significativi indicano LA RETE DI APPARTENENZA i bit meno significativi indicano L HOST all interno della rete Come conseguenza i bit di rete degli indirizzi di due nodi della stessa rete (per esempio nodo A e nodo C) sono uguali mentre almeno un bit dei bit di rete di due nodi appartanenti a sottoreti diverse è diverso. Bit di rete Bit di host Ind IP nodo A a1a2a3an an+1 a32 Ind IP nodo B b1b2b3bn bn+1 b32 Ind IP nodo C c1c2c3cn cn+1 c32

2 il bit a1 è uguale al bit c1 il bit a2 è uguale al bit c1 il bit an è uguale al bit cn quindi l indirizzo IP di C può essere riscritto così Bit di rete Bit di host Ind IP nodo C c1c2c3cn cn+1 c32 Dal momento che i bit di rete sono i più significativi ne consegue che ogni rete ha un range di indirizzi consecutivi. Per esempio tutti gli indirizzi IP della rete X (nodi A e C) sara costituito dai seguenti indirizzi Bit di rete Bit di host Primo indirizzo rete X a1a2a3an 0..0 Secondo indirizzo rete X b1b2b3bn Ultimo indirizzo rete X c1c2c3cn 1..1 Si noti che il primo e l ultimo indirizzo del range di una rete sono particolari e indicano rispettivamente l indirizzo di rete e l indirizzo di Broadcast sulla rete; conseguentemente tali indirizzi non possono essere utilizzati come indirizzi dei singoli nodi della rete. Nel precedente esempio abbiamo implicitamente assunto che i primi n bit costituiscano i bit di rete e i restanti 32-n i bit di host. In generale dato un indirizzo IP come si fa a sapere dove finise la parte dei bit di rete? Risposta: un Indirizzo IP da solo non fornisce informazione sufficiente; ad ogni indirizzo ip va associata la sua MASCHERA DI RETE. La maschera di rete è un INDIRIZZO IP composto da bit posta a 1 in corrispondenza dei bit che indicano la rete e posti a 0 in corrispondenza dei bit che indicano l host Per esempio La maschera significa che i primi due ottetti costituiscono i bit di rete; gli ultimi due i bit di host poiché in binario risulta significa che i primi tre ottetti e i primi 4 bit dell ultimo ottetto costituiscono i bit di rete; gli ultimi 4 bit sono i bit di host La maschera di rete può anche venir indicata in forma sintetica con uno slash e il numero di bit a 1 della maschera. Per esempio La maschera in forma sintetica viene indicata con / poiché in binario risulta in forma sintetica viene indicata con /28 La rete X a cui appartengono in nodi A e C si indica in forma sintatica con /n Esercizio/Esempio Si consideri l indirizzo IP con maschera e si dica 1. Quali sono i bit di rete e quali i bit di host 2. Qual è l indirizzo di rete della rete a cui appartiene 3. Qual è l indirizzo di BC della rete a cui appartiene 4. Il range degli indirizzi dei nodi che appartengono alla rete Risposta 1

3 bit di rete i primi 17 bit (primi due ottetti e primo bit terzo ottetto) Risposta 2 partendo dall indirizzo dato bisogna lasciare inalterati i primi 17 bit (bit di rete) e mettere a 0 gli altri Trasformiamo in binario il terzo ottetto 42= quindi lasciamo inalterato il primo bit (ancora indirizzo di rete) mettiamo a 0 gli altri; il terzo ottetto diventa I primi due ottetti si lasciano inalterati (tutti bit di rete) l ultimo ottetto lo si pone a 0 (tutti bit di host) l indirizzo diventa quindi /17. Risposta 3 partendo dall indirizzo dato bisogna lasciare inalterati i primi 17 bit (bit di rete) e mettere a 1 gli altri Trasformiamo in binario il terzo ottetto 42= quindi lasciamo inalterato il primo bit (ancora indirizzo di rete) mettiamo a 1 gli altri; il terzo ottetto diventa I primi due ottetti si lasciano inalterati (tutti bit di rete) l ultimo ottetto lo si pone a 255 (tutti bit di host posti a 1) l indirizzo diventa quindi /17.

4 Seconda Lezione: Instradamento Instradamento significa indicare quale sarà il prossimo hop cioè il prossimo router che il pacchetto dovrà raggiungere per arrivare alla destinazione finale. Per indicare il prossimo hop sarà necessario conoscerne l indirizzo IP e da questo trovare (attraverso un protocollo apposito) l indirizzo MAC. Descriviamo il funzionamento dell indirizzamento attraverso due esempi: 1. un pacchetto che deve andare dal nodo A al nodo B (stessa rete) 2. un pacchetto che deve andare dal nodo A al nodo E (reti diverse) Vediamo nel dettaglio l esemio 1. Il pacchetto con indirizzo di destinazione l IP di B verrà inserito in un unico frame con destinazione l indirizzo MAC di B. il nodo A, ovviamente, conosce: il proprio indirizzo IP La propria maschera di rete

5 L indirizzo IP di destinazione Come fa A a sapere che il nodo B è nella sua stessa rete e, di conseguenza, deve inserire il pacchetto in un FRAME destinato a B? A conosce l indirizzo IP di B come fa a trovare il suo indirizzo MAC? Alla prima domanda si risponde in modo molto semplice in quanto, come abbiamo visto nell esercizo della precedente lezione, è possibile a partire da un indirizzo IP e da una maschera calcolare il range di indirizzi della rete. Il nodo A, quindi, a partire dal proprio indirizzo IP e dalla propria maschera calcola il range di indirizzi della propria rete e vede se l indirizzo di destinazione vi appartiene (ovviamente nel nostro esempio la risposta è si). Per rispondere alla seconda domanda si ricordi che i nodi mantengono una tabella denominata tabella ARP in cui mantengono le associazioni Indirizzo IP Indirizzo MAC conosciute. Se l indirzzo IP di B si trova nella tabella ARP di A il problema è risolto. In caso contrario A invia una richiesta, denominata richiesta ARP, a tutti i nodi della rete dicendo che desidera conoscere l indirizzo MAC corrispondente all indirizzo IP di B; il nodo che si riconosce, in questo caso B, risponde inviando il proprio indirizzo MAC. Passiamo ora al secondo esempio: un pacchetto che deve andare dal nodo A al nodo E; come già detto questi pacchetto verrà inserito in tre Frame: un primo Frame andrà da A a R1 (2.a) un secondo Frame andrà da R1 a R2 (2.b) un ultimo Frame andrà da R2 al nodo E. Per ogni passaggio i singoli nodi dovranno conoscere l indirizzo IP e l indirizzo MAC del prossimo passaggio; quindi il nodo A deve conoscere l indirizzo IP e l indirizzo MAC di R1 il nodo R1 deve conoscere l indirizzo IP e l indirizzo MAC di R2 il nodo R2 deve conoscere l indirizzo IP e l indirizzo MAC di NODO E. Poichè ad ogni passaggio se conosciamo l indirizzo IP possiamo attraverso la tabella ARP o la richiesta ARP trovare l indirizzo MAC discuteremo solo su come trovare l indirizzo IP dando per scontato ciò che avviene dopo. Partiamo dal nodo A; con lo stesso controllo visto prima sul proprio indirizzo IP, sulla propria maschera e sull indirizzo IP destinazione, il nodo A scopre che, stavolta, il pacchetto non è destinato alla propria rete. Poichè ogni nodo, per essere configurato correttamente, deve conoscere oltre al proprio indirizzo IP e la propria maschera l indirizzo IP del suo GATEWAY. Il gateway è il nodo che permette di uscire dalla propria rete, in questo caso il nodo A dovrà aver configurato l indirizzo IP di R1 scheda di rete 1 ( ) che costituisce la porta d uscita dalla propria rete cioè l indirzzo IP a cui mandare, in prima istanza, i pacchetti destinati al di fuori dalla propria rete. A conosce quindi immediatamente l indirizzo IP di R1 e trova, come visto prima il suo indirizzo MAC. A questo punto il compito di A è terminato. Si noti che l indirizzo del GATEWAY deve sempre appartenere alla stessa rete a cui appartiene il nodo. Vediamo ora come fa R1 a trovare l indirizzo IP di R2 (il prossimo a cui inviare il pacchetto). Ogni router mantiene memorizzata una tabella chiamata tabella di instradamento che per ogni rete conosciuta indica la prossima destinazione. Nella sua forma base la tabella di instradamento è costituita da tre colonne: destinazione/maschera: Contiene l indirizzo di una rete. Funge da entry point nella tabella; ciò significa che il router cerca a quale delle reti appartiene il pacchetto che gli è arrivato cercando in questa colonna della tabella. Una volta trovato sa che dovrà applicare quanto si trova sulla riga corrispondente

6 Next Hop: contiene l indirzzo IP del prossimo router da raggiungere per arrivare alla destinazione indicata nella colonna precedente. Interfaccia: indica da quale scheda di rete il frame dovrà uscire per trovarsi sulla stessa rete in cui si trova il next hop Per esempio la tabella di instradamento di R1 sarà la seguente (si è aggiunta una colonna spiegazione per esporne il significato) Destinazione/ Next Hop Interfaccia Spiegazione maschera /17 Destinazione 1 Questa riga indica che l interfaccia 1 del router è direttamente collegata alla rete /24; se quindi dovesse transitare per il router un pacchetto destinato a questa rete l indirizzo ip del prossimo hop sarebbe la destinazione finale del pacchetto /16 Destinazione 0 Questa riga indica che l interfaccia 0 del router è direttamente collegata alla rete /16; se quindi dovesse transitare per il router un pacchetto destinato a questa rete l indirizzo ip del prossimo hop sarebbe la destinazione finale del pacchetto / Questa riga indica che se un pacchetto è destinato alla rete /18 il prossimo nodo da raggiungere è il R2 (indirizzo ip ) e per entrare nella rete a cui è collegato R2 bisogna utilizzare l interfaccia 0. Questa riga è in grassetto perché nel nostro esempio il nodo E appartiene alla rete /18 quindi r1 applica quanto scritto in questa riga e invia il pacchetto a r /21 0 Questa riga indica che se un pacchetto è destinato alla rete il prossimo nodo da raggiungere è il R3 (indirizzo ip ) e per entrare nella rete a cui è collegato R2 bisogna utilizzare l interfaccia Quindi tornando al nostro esempio: il pacchetto è arrivato a R1 da A; R1 vede che è destinato ad E e vede che l indirizzo IP di E appartiene alla rete indicata nella terza riga della sua tabella di instradamento e, di conseguenza sa che il prossimo IP a cui mandare il pacchetto è Conosciuto l IP trova il corrispondente indirizzo MAC e invia il frame a R2 terminando il suo compito. R2 procederà in maniera analoga solo che la sua tabella di instradamento (la si compili per esercizio) gli dirà che il prossimo IP a cui mandare il pacchetto è il destinatario (E). Si compili per esercizio anche la tabella di instradamento del router R3.

7 Terza Lezione: Sottoreti Una rete a cui è stato assegnato un range di indirizzi IP può, per necessità organizzative, venir divisa in sottoreti. Il range della rete verrà quindi diviso in più sotto-range; uno per ogni sottorete. I 32 bit dell indirizzo di rete verranno quindi divisi in bit di rete, bit di sottorete e i bit di host. Assieme i bit di sottorete e i bit di host corrspondono ai bit di host della divisione in rete-host. Supponiamo per esempio che ad un scuola venga assegnata la rete /24. I bit di rete sono quindi 24 mentre i bit di host sono gli ultimi otto. La scuola vuole dividere la rete nelle seguenti sottoreti: Rete amministritativa Rete aule Rete laboratorio uno Rete laboratorio due In più introdurremo una sottorete di collegamento per unir tra di loro le diverse sottoreti. La rete assumerà l aspetto in figura. A queso punto è necessario dividere il range di indirizzi a disposizione (da a ) nei range delle singole sottoreti. Per far ciò il punto di partenza è dividere gli otto bit a disposizione in bit di sottorete e bit di host. Per scegliere come effettuare la divisione è importante conoscere in quante sottoreti bisogna dividere la rete e quanti host ciascuna rete dovrà avere in quanto il numero di bit associato dovrà fornire sufficienti combinazioni. Nel nostro caso l unico dato noto è che bisogna avere 5 sottoreti; per avere almeno 5 combinazioni servono 3 bit. Gli 8 bit a disposizione verrano dunque divisi in 3 bit per la sottorete e 5 per l host. A questo punto i bit che indicano la rete

8 o la sottorete diventano 27 (24 rete + 3 di sottorete) e quindi la maschera di sottorete sarà cioè o /27 in forma sintetica. La sottorete 1 (amministrazione per esempio) avrà come indirizzo di sottorete nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 001 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 1) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 0. L indirizzo della sottorete 1 sarà quindi L indirizzo di BC della sottorete 1 (amministrazione) sarà nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 001 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 1) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo di BC della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 1. L indirizzo di BC della sottorete 1 sarà quindi Conseguentemente gli indirizzi che si possono assegnare alla sottorete amministrazione vanno dal seguente l indirizzo di rete al precedente l indirizzo di BC e cioè da a La sottorete 2 (aule per esempio) avrà come indirizzo di sottorete nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 010 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 2) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 0. L indirizzo della sottorete 2 sarà quindi L indirizzo di BC della sottorete 2 (aule) sarà nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 010 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 2) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo di BC della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 1. L indirizzo di BC della sottorete 2 sarà quindi Conseguentemente gli indirizzi che si possono assegnare alla sottorete aule vanno dal seguente l indirizzo di rete al precedente l indirizzo di BC e cioè da a La sottorete 3 (lab1 per esempio) avrà come indirizzo di sottorete nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 011 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 3) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 0. L indirizzo della sottorete 3 sarà quindi L indirizzo di BC della sottorete 3 (aule) sarà nei primi 3 ottetti (parte che indica la rete) 011 nei primi tre bit del quarto ottetto (bit di sottorete sottorete 3) negli ultimi 5 bit (stiamo trovando l indirizo di BC della sottorete quindi i bit di host vanno posti a 1. L indirizzo di BC della sottorete 2 sarà quindi Conseguentemente gli indirizzi che si possono assegnare alla sottorete aule vanno dal seguente l indirizzo di rete al precedente l indirizzo di BC e cioè da a Allo stesso modo si calcolerà che: La sottorete 4 (lab 2) ha come indirizzo di rete , come indirizzo di BC

9 e tutti gli indirizzi compresi tra questi come indirizzi per gli host La sottorete 5 (collegameto) ha come indirizzo di rete , come indirizzo di BC e tutti gli indirizzi compresi tra questi come indirizzi per gli host. La figura precedente diventerà quindi quella esposta nella figura seguente. Rispetto a prima si sono inseriti gli indirizzi IP delle reti e dei nodo (comprese le interfacce dei router). NB per i nodo e router si è scritto per brevità solo l ultimo ottetto. Le stesse informazioni nello schema precedente possono essere riassunte dalla seguente tabella. Rete Amministrazione Aule Collegamento Indirizzo / / /27 Indirizzo BC HOST Nome Indirizzo Pcam Ram eth Pcau Rau eth Ram eth Rau eth Rl1 eth Rl2 eth

10 Lezione Quattro: Esercizi 1. Si completi il seguente schema di rete indicando le informazioni mancanti. Successivamente si completi la tabella di instradamento di uno del router 2. Si vuole suddividere la rete /25 in sottoreti in 5 sottoreti da 10 host. Dopo aver indicato la maschera di sottorete per ognuna delle 5 sottoreti si indichi: a) L'indirizzo di sottorete b) L'indirizzo di BC della sottorete c) Il range di indirizzi utilizzabili per i nodi 3. Con riferimento all'indirizzo precedente: a) si disegni uno schema a piacere che colleghi tra di loro le 5 sottoreti utilizzando router con due interfacce di rete b) si mettano gli indirizzi a tutte le interfacce dei router e ad almeno un nodo per ogni

11 sottorete c) si compilino le tabelle di instradamento dei router e si dica come configurare almeno uno dei nodi della rete Soluzione esercizio 2 Rete: Maschera di sottorete: /28 Maschera di sottorete: Nota nella tabella in italico bit di rete in grassetto bit di sottorete Sottorete Indirizzo (ultimo ottetto) Indirizzo BC (ultimo ottetto) Bin: Dec:.144/28 Bin: Dec:.159 Bin: Dec:.160 Bin: Dec:.176 Bin: Dec:.192 Bin: Dec:.208 Bin: Dec:.175 Bin: Dec:.192 Bin: Dec:.207 Bin: Dec:.223 Host Nome Indirizzo (ultimo ottetto) Primo.145 Ultimo.158 Primo.161 Ultimo.174 Primo.191 Ultimo.110 Primo.193 Ultimo.206 Primo.209 Ultimo.224

12 Soluzione Esercizio 3A e B

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14 Soluzione Esercizio 3C Tabella instrameto router R1 Rete dest./maschera Next Hop Interfaccia /28 Dest /28 Dest / / /