Internet Protocol RFC 791

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1 Internet Protocol RFC 791 Franco Callegati Franco Callegati IC3N 2000 N. 1 La famiglia dei protocolli TCP/IP Applicazioni ,ftp,telnet,www TCP UDP ICMP IP ARP RARP IEEE 802-Ethernet-X25-Aloha ecc. Collegamento fisico Franco Callegati IC3N 2000 N. 2 1

2 La famiglia dei protocolli TCP/IP (2) Nessuna specifica per gli strati sotto IP, in quanto relativi alla singola sottorete IP svolge funzioni di rete e instradamento dei pacchetti TCP svolge le funzioni di controllo della connessione end-to-end strato di applicazione contiene applicativi utilizzati per fornire servizi all utente Franco Callegati IC3N 2000 N. 3 RFC Nessun organismo di standardizzazione internazionale ha definito i protocolli, ma questi sono frutto del lavoro di enti di ricerca I vari protocolli sono definiti in documenti detti Request For Comment (RFC) RFC sono documenti relativi a questioni inerenti all Internet RFC sono documenti di pubblico dominio, distribuiti liberamente a chiunque li richieda Franco Callegati IC3N 2000 N. 4 2

3 Internet Protocol (IP) - RFC 791 Progettato per sistemi interconnessi a commutazione di pacchetto Si prende carico della trasmissione di datagrammi da sorgente a destinazione, identificati da indirizzi di lunghezza fissa. Frammenta e riassembla i datagrammi quando necessario E esplicitamente limitato per fornire le sole funzioni necessarie alla consegna dei pacchetti, non sono previsti meccanismi per aumentare l affidabilità del collegamento end-to-end, per il controllo di flusso e della sequenza. Franco Callegati IC3N 2000 N. 5 Funzioni base dell IP Indirizzamento: tramite indirizzo IP, si stabilisce a quale sottorete è connesso un host e su quale percorso instradare i datagrammi Frammentazione e riassemblamento: ogni modulo Internet ha la capacità di gestire datagrammi di almeno 68 byte e di riceverne di lunghezza almeno 576 byte, anche in più frammenti La funzione di instradamento all interno delle singole sottoreti non è di pertinenza dell IP, ma dei protocolli della sottorete stessa. Franco Callegati IC3N 2000 N. 6 3

4 Funzioni base dell IP (2) Ogni datagramma viene trattato come entità a se stante, scorrelata da qualunque altro datagramma Siamo quindi in presenza di una rete di tipo connectionless secondo la terminologia OSI Come già visto parlando della commutazione a datagramma e come anche enunciato nella definizione precedente, l IP non fornisce un servizio di comunicazione affidabile. Franco Callegati IC3N 2000 N. 7 Struttura degli indirizzi IP Indirizzi di lunghezza fissa pari a 32 bit Scritti convenzionalmente come sequenza di 4 numeri decimali, con valori da 0 a 255 (8bit), separati da punto (rappresentazione dotted decimal) > Numero teorico max. di indirizzi 2 32 = , in realtà è inferiore,come si vedrà nel seguito Per mezzo di una opportuna codifica dei bit più significativi, indirizzi IP suddivisi in classi Franco Callegati IC3N 2000 N. 8 4

5 Classi di indirizzo Network ID Host ID Classe A Classe B Classe C Classe D (multicast( multicast) Classe E (sperimentale) Network ID : identifica la sottorete Host ID : identifica i singoli calcolatori della sottorete Franco Callegati IC3N 2000 N. 9 Classi di indirizzo (2) Classe Max # reti Max # host A B C Classe A B C D E Spazio degli indirizzi Franco Callegati IC3N 2000 N. 10 5

6 Classi di indirizzo (3) Per convenzione gli indirizzi composti di tutti 0 o tutti 1 sono riservati per scopi particolari, e non sono quindi considerati come utilizzabili Per convenzione un numero IP di tutti 0 ( ) significa questo host (local host), per cui un pacchetto con tale indirizzo non viene inviato in rete Franco Callegati IC3N 2000 N. 11 Indirizzi: connessioni di rete Indirizzi IP identifica sia la rete sia l host L indirizzo è riferito ad una delle interfacce di rete dell host L indirizzo non identifica un host individuale, ma una interfaccia di rete Multi-homed hosts: computers con due o più connessioni di rete Un router che collega N reti ha N distinti indirizzi IP, uno per ogni interfaccia di rete Franco Callegati IC3N 2000 N. 12 6

7 Subnetting Indirizzo di host frammentato in due sottoparti: la prima identifica una porzione della rete in questione la seconda identifica i singoli host della sottorete Network ID Subnetwork ID Host ID Netmask Netmask notazione dotted decimal Franco Callegati IC3N 2000 N. 13 Subnetting Il subnetting è un operazione locale alla rete, non esistono specifiche sulla ripartizione dell indirizzo in subnet-id e host-id La modalità di ripartizione è comunicata agli hosts tramite la netmask, che definisce la lunghezza del subnet-id La netmask è composta da 32 bit di indirizzo : - i bit ad 1 vanno interpretati come network e subnetwork-id - i bit a 0 vanno interpretati come host-id Franco Callegati IC3N 2000 N. 14 7

8 Subnetting : ripartizione logica e fisica Operazione di subnetting in rete IP è solamente logica : host di diverse subnet possono essere sulla medesima rete fisica (LAN) host della medesima subnet possono essere su diverse reti fisiche (LAN) Host localizzati sulla medesima LAN ma appartenenti a subnet diverse non possono comunicare direttamente Franco Callegati IC3N 2000 N. 15 Subnetting: ripartizione logica e fisica Rete Sottorete Netmask Sottorete Netmask Franco Callegati IC3N 2000 N. 16 8

9 Subnetting: restrizioni Maschera di subnet unica all interno di una rete Non si possono avere sottoreti con maschere diverse all interno della stessa rete Le sottoreti di una rete devono essere contigue ossia raggiungibili rimanendo all interno della rete a cui appartengono, senza dover attraversare altre reti IP Queste restrizioni sono legate alla modalità di gestione dell instradamento nei router, in realtà esistono strumenti che permettono di oltrepassare queste limitazioni. Franco Callegati IC3N 2000 N. 17 Indirizzi di rete e broadcast Il numero IP con host-id = 0 identifica l intera rete E possibile mandare un datagramma in modalità broadcast con le seguenti regole: - host-id con tutti 1 - il datagramma viene inviato a tutti gli host della rete o della sottorete - host-id e subnet-id con tutti 1 - datagramma inviato a tutti gli host della rete Franco Callegati IC3N 2000 N. 18 9

10 Formato del pacchetto IP 1 byte 1 byte 1 byte 1 byte Version IHL Type of Service Total Lenght Identification Flags Fragment Offset Time to live Protocol Source Address Header Checksum Options Destination Address Padding Dati di utente Franco Callegati IC3N 2000 N. 19 Formato del pacchetto IP (2) Version : indica il formato dell intestazione, attualmente la versione in uso è la 4 IHL : lunghezza dell intestazione, espressa in parole di 32 bit; lunghezza minima = 5 Type of service : indicazione sul tipo di servizio richiesto, usato anche come sorta di priorità Total length : lunghezza totale del datagramma, misurata in bytes; lunghezza masima = bytes, ma non è detto che tutte le implementazioni siano in grado di gestire questa dimensione Franco Callegati IC3N 2000 N

11 Formato del pacchetto IP (3) Identification : valore integer che identifica univocamente il datagramma; si usa per risalire a quale datagramma appartengono i fragments Flag : bit 0 -> sempre a 0 bit 1 -> DF = 0 si può frammentare DF = 1 non si può frammentare bit 2 -> MF = 0 ultimo frammento MF = 1 frammento intermedio Fragment offset: indica quale è la posizione di questo frammento nel datagramma, come distanza in unità di 64 bit dall inizio Franco Callegati IC3N 2000 N. 21 Formato del pacchetto IP (4) Time to live : tempo massimo di permanenza del datagramma nella rete, decrementato da ogni nodo che attraversa; il datagramma verrà distrutto dal primo nodo che trova questo campo = 0 Protocol : indica a quale protocollo di livello superiore appartengono i dati del datagramma Header checksum : controllo di errore della sola intestazione, viene ricalcolato da ogni nodo attraversatodal datagramma Source (Destination) Address : indirizzo sorgente (destinazione) Franco Callegati IC3N 2000 N

12 Formato del pacchetto IP (4) Options : contiene opzioni relative al trasferimento del datagramma (registrazione del percorso, meccanismi di sicurezza), è perciò di lunghezza variabile Padding : bit privi di significato aggiunti per fare in modo che l intestazione sia con certezza multipla di 32 bit Franco Callegati IC3N 2000 N. 23 Debolezze dell indirizzamento IP Indirizzi riferiti alla rete di appartenenza: se un host viene spostato in un altra rete, il suo indirizzo IP deve cambiare Limita la mobilità degli host; ad esempio i PC portatili devono essere riconfigurati ogni volta che vengono connessi ad una rete diversa, non possono avere indirizzo IP permanente perché questo identifica la rete Le dimensioni delle reti sono prefissate: il cambio di classe comporta fermare la rete e sostituire tutti gli indirizzi Franco Callegati IC3N 2000 N

13 Nomi e indirizzi, il Domain Name System Domain Name Server (DNS) associa ad ogni host un nome simbolico tale che: esista una corrispondenza biunivoca tra nomi e indirizzi IP I nomi sono composti da stringhe di caratteri separati da punti: le stringhe sono abbreviazioni convenzionali che indicano luogo fisico o ente di appartenenza dell host il numero di stringhe è virtualmente illimitato, al contrario del numero IP Franco Callegati IC3N 2000 N. 25 Domini Internet è partizionata in aree logiche dette domini, I singoli domini possono a loro volta essere suddivisi in sottodomini Non esiste limite al numero di ripartizioni di un dominio o sottodominio La struttura dei nomi segue questa organizzazione gerarchica a partire da destra, dove si trova la stringa di maggior valore (dominio primario) Franco Callegati IC3N 2000 N

14 Domini primari edu istituzioni scolastiche o di ricerca USA gov istituzioni governative USA com organizzazioni commerciali USA mil gruppi militari USA org altre organizzazioni USA net centri di supporto alla rete country code sigle standard per identificare le nazioni (ISO 3166) Franco Callegati IC3N 2000 N. 27 Gerarchia dei domini Radice edu com net it uk DOMINI DI PRIMO LIVELLO stet unibo DOMINI DI SECONDO LIVELLO deis dm DOMINI DI TERZO LIVELLO NOME HOST deis10 deis250 deis10.deis.unibo.it Franco Callegati IC3N 2000 N

15 Come avere un numero dato il nome Il protocollo IP per funzionare correttamente deve conoscere l indirizzo IP degli host, non il nome Negli host sono implementati metodi automatici per tradurre nomi in numeri Name resolver è il programma negli host che si preoccupa di questa traduzione, dialogando con il Name server è un programma specializzato per la risoluzione di nomi appartenenti ad altri domini Franco Callegati IC3N 2000 N. 29 Name Server: funzionamento Utente Name Resolver Domain Name Server Locale Base Dati Cache Domain Name Server Remoto Base Dati Franco Callegati IC3N 2000 N

16 DNS - Caching Tutti i DNS servers utilizzano memoria cache per ridurre il traffico DNS sulla rete In Unix la cache è mantenuta nel server ma non nel resolver, affinchè i dati sopravvivano alle singole sessioni Di default il resolver cerca un name server sull host locale (porta UDP 53 o TCP 53) Di default DNS usa UDP: ma se la risposta supera 512 bytes, viene troncata e si esegue una ulteriore interrogazione tramite TCP, che supporta la frammentazione Franco Callegati IC3N 2000 N. 31 IP: instradamento dei datagrammi Routing : scelta del percorso su cui inviare i dati Direct delivery : host sorgente e destinatario sulla stessa rete fisica; sorgente incapsula il datagram in un frame, associa indirizzo IP ad indirizzo fisico e spedisce direttamente al destinatario Indirect delivery : host sorgente e destinatario non sulla stessa rete, quindi il sorgente invia ad un router i pacchetti da consegnare I router formano struttura interconnessa e cooperante: i datagram passano dall uno all altro finché raggiungono quello che può consegnarli direttamente Franco Callegati IC3N 2000 N

17 Tabella di instradamento Ciascun host ha una sua tabella di instradamento La tabella associa all indirizzo di un host o di una rete di destinazione un gateway attraverso il quale raggiungere tale destinazione Le destinazioni contenute nella tabella sono solamente quelle di interesse per quell host, non tutte le possibili Si aggiunge una indicazione di default alla quale inviare tutti i datagrammi indirizzati a destinazioni non esplicitamente presenti in tabella Franco Callegati IC3N 2000 N. 33 Esempio Host connesso a due reti e tabella di instradamento : Controller Network Indirizzo Altre reti il pe none Destination Gateway Flags Interface UH lo UHGD il U pe U il U il UG il UG pe0 default UG pe0 Franco Callegati IC3N 2000 N

18 IP Routing Algorithm Datagram IP pronto per essere inviato Estrai D ed N dal datagram N indirizzo di rete a cui S è direttam coll. Invia datagramma direttamente in rete Trasmissione completata TR contiene un percorso per D Invia datagramma al gateway indicato in TR Trasmissione completata TR contiene un percorso per N Invia datagramma al gateway indicato in TR Trasmissione completata TR contiene un percorso di default ERRORE TR:tabella di instradamento D:indirizzo IP destinaz. S:indirizzo IP sorgente N:ind. rete di host destinazione Franco Callegati IC3N 2000 N. 35 Relazione Indirizzi Fisici Indirizzi IP Indirizzi IP usati per scambiare dati in rete Internet Hosts comunicano solo se conoscono reciprocamente indirizzi fisici di rete Come hosts e routers realizzano tale relazione per inviare pacchetti su di una rete fisica? SW di basso livello nasconde gli indirizzi fisici e consente ai livelli superiori di lavorare solo con indirizzi IP Host A vuole mandare dati a B, di cui conosce solo indirizzo IP, su stessa rete: come si ricava l indirizzo fisico di B dal suo indirizzo IP? Franco Callegati IC3N 2000 N

19 Problema della risoluzione dell indirizzo Address mapping deve essere fatto step by step lungo il percorso sorgente-destinazione Primo caso: ultimo step e consegna all host destinatario; ricavare indirizzo fisico del destinatario Secondo caso: step intermedio; ricavare indirizzo fisico del router intermedio a cui consegnare il pacchetto Per evitare di mantenere tabelle di mapping occorre usare un protocollo di basso livello per risolvere dinamicamente gli indirizzi Franco Callegati IC3N 2000 N. 37 Address Resolution Protocol - ARP Un host deve incapsulare il datagramma IP in un pacchetto MAC e quindi inviarlo all host destinazione Per fare ciò è necessario conoscere l indirizzo MAC, ossia l indirizzo della scheda di rete dell host destinatario Se host sorgente conosce solamente indirizzo IP del destinatario,come fa ad associarlo ad indirizzo MAC, necessario per raggiungere la destinazione sulla rete locale? Esiste un protocollo opportuno: ARP Franco Callegati IC3N 2000 N

20 Address Resolution Protocol - ARP (2) ARP request per IP = Nodo sorgente invia pacchetto MAC broadcast, contenente indirizzo IP del nodo destinazione Tutte le stazioni della rete locale leggono il pacchetto broadcast Franco Callegati IC3N 2000 N. 39 Address Resolution Protocol - ARP (3) ARP replay contenente indirizzo IP ARP locale risponde al remoto, inviando un messaggio che contiene indirizzo MAC dell host destinazione Con questo messaggio host sorgente è in grado di associare appropriato indirizzo MAC all IP destinazione Franco Callegati IC3N 2000 N

21 Address Resolution Cache - ARP (4) E molto costoso inviare ad ogni trasmissione dati un pacchetto di broadcast per capire come raggiungere la destinazione Per ridurre i costi, hosts mantengono una cache delle più recenti relazioni indirizzo IP-indirizzo fisico, che consultano prima di trasmettere i dati Se A vuole comunicare con B, probabile che nell immediato anche B comunicherà con A, perciò A mette nel suo ARP request pure il proprio legame indirizzo IP-indirizzo fisico Dato che un pacchetto broadcast,tutti gli hosts locali memorizzano tali dati in cache Franco Callegati IC3N 2000 N. 41 Address Resolution Cache - ARP (5) Durata normale di validità dei dati nella cache è di 20 minuti dalla creazione delle entry Contenuto della cache può essere visualizzato tramite il comando arp -a Se interfaccia di rete cambia, occorre informare gli altri hosts del nuovo indirizzo fisico tramite pacchetto di ARP broadcast al bootstrap ARP considerato parte del livello fisico della rete e NON dei protocolli di internet ARP consente di assegnare arbitrariamente indirizzi IP senza tener conto della implementazione della rete Franco Callegati IC3N 2000 N

22 Implementazione - ARP (6) ARP diviso in due parti: La prima associa indirizzi IP-fisici quando si invia un pacchetto La seconda risponde alle altre macchine Complicazioni: host destinatario spento o troppo carico per rispondere Best Effort Delivery System Conseguenze: sorgente non può ricevere,neanche la replica ritardata host deve memorizzare i pacchetti arrivati dai livelli superiori in attesa di conoscere l indirizzo fisico Franco Callegati IC3N 2000 N. 43 Reverse Address Resolution Protocol RARP Il Reverse Address Resolution Protocol ha la funzione duale a quella dell ARP e permette di ottenere indirizzo IP di un host di cui si conosce solamente indirizzo MAC Franco Callegati IC3N 2000 N

23 Proxy-ARP ARP request per IP = Franco Callegati IC3N 2000 N. 45 Proxy-ARP (2) ARP replay con indirizzo MAC di Franco Callegati IC3N 2000 N

24 Proxy-ARP (3) Pacchetto IP per con indirizzo MAC di Franco Callegati IC3N 2000 N