CAP 6 Internetworking Classificazione degli apparati per l'interconnessione delle reti IP I Router I Router (instradatori) sono i nodi a commutazione di pacchetto che interconnettono fra loro le sottoreti IP; ricevono un pacchetto in ingresso e lo inoltrano sull'interfaccia di uscita collegata alla linea (link) che porta all'host di destinazione Un Autonomous System (sistema autonomo) è un insieme di router e relativi link gestiti dalla stessa organizzazione (es. un'azienda) Esempio: rete privata interconnessa dai router Un router è in pratica un computer con interfacce spesso diverse ottimizzato nell'hw (CPU, RAM, NVRAM non volatile ecc.) e nel SW (Firmware programma di avvio, diagnostica ecc., sistema operativo, tabella di routing) per inoltrare velocemente i pacchetti IP ricevuti sulle porte in ingresso verso le porte di uscita.
Schema di principio HW di un router Schema di principio SW di un router La tabella di Routing La tabella di routing serve al router per sapere come instradare correttamente i pacchetti IP verso la rete IP di destinazione. E' un tabella che contiene per ogni riga (detta route) le seguenti informazioni: indirizzo IP della rete di destinazione e relativa subnetmask next hop o forwarding o gateway: è l'indirizzo a cui va mandato il pacchetto affinché possa raggiungere la rete IP di destinazione specificata in quella route; infatti se la rete di destinazione non è direttamente connessa al dispositivo serve indicare l'indirizzo dell'interfaccia di quel router a cui va inviato il pacchetto IP affinché possa raggiungere la destinazione stessa; può anche essere specificata l'interfaccia di inoltro (forwarding) metrica o la distanza amministrativa: è un numero per definire delle priorità nel caso ci siano più route che portano verso la stessa destinazione. Un route può essere permanente se viene mantenuta nella tabella anche se il collegamento verso il next hop non è funzionante, altrimenti viene cancellata dalla tabella Si chiama default route la route usata per instradare i pacchetti verso le reti IP sconosciute Essa ha come rete di destinazione l'indirizzo IP 0.0.0.0 /0 (tutti zero) e come next hop (gateway) un altro router che si suppone abbia più con più informazioni detto default gateway (o gateway of last resort). In pratica se il router non sa a chi inviare il pacchetto come ultima spiaggia lo invia al default gateway (un altro router).
Operazioni svolte da un router - Riceve i bit su una porta secondo un frame del protocollo a livello 2 OSI (Data Link), rileva eventuali errori ed estrae il pacchetto IP - Legge l'ip di destinazione dei pacchetti IP e cerca nella tabella di routing l'ip della rete di destinazione; quindi: se la rete di destinazione è connessa direttamente a un'interfaccia del router invia il pacchetto su quell'interfaccia se la rete è remota e conosciuta (tramite la tabella di routing) legge l'indirizzo IP del next hop e invia il pacchetto sull'interfaccia di uscita opportuna se la destinazione è sconosciuta e la default route è stata configurata, invia il pacchetto all'indirizzo del default gateway altrimenti scarta il pacchetto e comunica all'host sorgente che la destinazione è irraggiungibile (con un messaggio ICMP) - Se ci sono più pacchetti da inoltrare li mette in coda sull'interfaccia di uscita - Incapsula il pacchetto IP in un frame del protocollo di livello 2 utilizzato sull'intervallo di uscita (operazione detta encapsulation) e trasmette i bit del frame. Routing Il "routing" indica è il modo con cui i router trovano i migliori percorsi su cui vanno instradate le informazioni da una sorgente affinché possano giungere alla destinazione; in pratica ciò corrisponde a compilare le tabelle di routing inserendo e valutando i percorsi migliori verso le reti IP di destinazione Il routing può essere: statico (fatto manualmente dall'amministratore di rete) dinamico (i router colloquiano fra di loro tramite un opportuno protocollo RIP, OSPF, EIGRP, BGP, IS-IS) e autoaggiornano le tabelle di routing Se ci sono più route verso la stessa destinazione, la scelta di quella migliore da utilizzare viene fatta usando due parametri: - la distanza amministrativa numero che indica la route migliore tra quelle di differenti sorgenti di routing (routing statico, protocolli di routing dinamico diversi) - la metrica numero che indica la route migliore tra quelle di una stessa sorgente di routing (es. da uno stesso protocollo di routing)
La distanza amministrativa (AD) La distanza amministrativa è un numero compreso tra 0 e 255 e permette di associare una priorità ad ognuna delle route che possono provenire da varie fonti (algoritmi di routing dinamico, inserimento manuale di route statiche); in pratica spesso vi sono più route per raggiungere la stessa destinazione ed è quindi necessario scegliere la rpote migliore. La regola per l'ad è che ha priorità maggiore la route che possiede un valore più vicino allo zero; 255 indica cioè una riga di routing che verrà sempre scartata nel confronto con altre route di medesima destinazione mentre una AD pari a zero darà precedenza ad una route su tutte le altre con analoga destinazione. I valori di AD sono preassegnati e in generale sono modificabili dall'utente. E' evidente che un'interfaccia di un router direttamente connessa ad una rete ne determina il percorso più breve ed efficiente per raggiungerla per cui AD=0. Una route statica, ovvero inserita dall'operatore, ha comunque un'alta priorità, AD=1. Per quanto riguarda le route dinamiche va valutato che tra gli algoritmi di routing i più efficienti sono quelli che danno le informazioni piu' accurate per raggiungere una destinazione e con tempo di convergenza minore pertanto le route provenienti da EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol - un protocollo di routing dinamico proprietario Cisco) hanno priorità maggiore di quelle provenienti da IGRP (un protocollo meno preciso ma comunque ratificato da uno standard) mentre priorità più bassa è data al RIP che ha numerose limitazioni come l'impossibilita' di propagare informazioni sulle netmask delle route o di funzionare già su reti medie (è il meno efficiente in assoluto a meno di non usare RIPv2). L'AD è quindi stabilita secondo parametri oggettivi e generali non basati sulle caratteristiche specifiche di una rete ma piuttosto sull'efficienza dei vari protocolli di routing. La metrica La metrica è una misura del valore di una route determinata a partire da alcune caratteristiche fisiche specifiche della rete su cui si opera. Queste ultime sono: l' hop count per il RIP, ovvero il numero di router da attraversare per raggiungere una determinata destinazione il delay e la banda (bandwidth) per IGRP e EIGRP che misurano invece l'ampiezza di banda e il ritardo di propagazione per raggiungere una determinata destinazione. Questi parametri inseriti in formule che creano le metriche composte che sono una specifica di ogni algoritmo di routing dinamico e che forniscono il numero da associare alla riga di route. I valori di metrica sono quindi valutati nel processo di selezione solo a parità di AD perché non ha senso confrontare metriche provenienti da algoritmi di router distinti in quanto sono valori numerici calcolati con formule diverse e quindi non confrontabili. A parita' di AD invece si opera nell'ambito dello stesso algoritmo pertanto i dati sono confrontabili e si guardèra la metrica. L' AD ha quindi la priorità sulla metrica. Ad esempio le route fornite da un processo IGRP hanno priorità su quelle provenienti da un processo RIP indipendentemente dai valori di metrica in quanto le informazioni che fornisce IGRP hanno un "valore" maggiore rispetto a quelle fornite dal RIP. In un contesto in cui vi sono solo due percorsi, per raggiungere, ad esempio, un router B da un router A, di 2 e 3 hop indicati da due route provenienti da RIP, il router dà la priorità al primo percorso anche nel caso in cui fosse costituito da link con poca banda e alti delay mentre scarterebbe il secondo percorso perché più lungo anche se costituito da link con grande ampiezza di banda e bassi delay (e pertanto di per sè migliore).
Tipi di router Access router: usati nella rete di accesso (utenti residenziali, uffici, piccole aziende, ISP); possono essere attivate le funzioni di firewall e NAT (Network Address Translation) per la traduzione di indirizzi IP privati in pubblici Enterprise router: per reti di aziende medio grandi o campus; come già detto se sono usati solo all'interno della rete (non per accedere a internet) sono detti layer 3 switch (caratteristiche: basso costo per porta, QoS, suddivisione di una LAN in più VLAN) Backbone router connettono varie reti IP per realizzare grandi reti e sono usati dagli operatori; si dividono in edge router (per comunicare con l'esterno) e core router (all'interno): sono veloci nell'instradamento, supportano la QoS e protocolli come l'mpls (MultiProtocol Label Switching) per la realizzazione di reti IP multiservizio. Routing Statico Come già indicato si ricorda che:
Note sul routing statico: La distanza amministrativa per una route statica è pari a 1 (ha la precedenza su quelle introdotte dai protocolli di routing) Se si aggiunge una route statica per backup (deve funzionare solo se non sono più attive quelle dinamiche) deve avere una metrica > di quella del protocollo di routing usato Si usa tipicamente per piccole reti con router periferici con un solo link verso l'esterno, per imporre il percorso dei pacchetti Esempio 1 Definire le tabelle di route statiche per il router 1 e 2 e la configurazione dei PC per la rete in figura (è previsto anche l'accesso a Internet) (ricordare: una defaut route ha come indirizzo di destinazione IP 0.0.0.0 subnetmask 0.0.0.0 e next hop l'ip di un router) PC 8 e PC 9 per uscire dalla loro subnet A devono inviare i pacchetti al router 1; quindi devono aver impostato come gateway predefinito 192.168.1.1 che costituisce il next hop per la loro default route PC 1 e PC 2 per uscire dalla loro subnet B devono inviare i pacchetti al router 1; quindi devono aver impostato come gateway predefinito 192.168.2.1 che costituisce il next hop per la loro default route Il router 2 invia i dati al router 1 comunque: basta quindi impostare sul router 2 una default route verso il router 1 con IP 192.168.3.2; le subnet A e B sono direttamente connesse al router 2 e quindi le route relative sono configurate automaticamente Il router 1 invia i dati verso Internet o verso un PC della rete D; si imposta quindi una default route con next hop l'indirizzo IP 10.0.0.1 (router ADSL) una route verso la subnet A di indirizzo 192.168.1.0/24 con next hop 192.168.3.1 una route verso la subnet B di indirizzo 192.168.2.0/24 con next hop 192.168.3.1 (Osservazione: le due ultime route equivalgono ad un'unica route verso 192.168.0.0/22 con next hop 192.168.3.1; in questo modo si riducono il numero delle route e quindi il router è più veloce)
Esempio 2 Una organizzazione ha due sedi A e B che devono essere collegate con una intranet; proporre una soluzione con due router operanti su linea seriale dedicata (*). Nella sede B è previsto un server per l'intranet che ha anche il servizio DNS e HTTP (server web privato). (*) i router possono avere una interfaccia seriale oltre a quelle Fast Ethernet; il collegamento andrà richiesto all'isp che fornirà la linea e il modem). Presso le due sedi saranno presenti due subnet, diciamo A e B; una terza subnet è rappresentata dalla connessione C. Si scelgono gli indirizzi di rete (tutti privati!), ad esempio: Sede A: subnet 192.168.1.0/24 (cioè con subnetmask 255.255.255.0) Sede B: subnet 192.168.0.0/24 (cioè con subnetmask 255.255.255.0) Interconnessione C: subnet 192.168.3.0/30 (cioè con subnetmask 255.255.255.252) Router A - all'interfaccia Fast Ethernet 0/0 assegniamo l'ip 192.168.1.1/24 - all'interfaccia seriale 0/0/0 assegniamo l'ip 192.168.3.1/30 - si imposta una route statica verso la rete B (la 192.168.0.0/24 cioè con subnetmask 255.255.255.0) con next hop l'indirizzo IP dell'interfaccia del router della sede B (l'indirizzo IP 192.168.3.2). Il router, oltre che da gateway, svolge anche la funzione di DHCP per la subnet A configurato ad es. con: * ind. IP a disposizione da 192.168.1.20 a 192.168.1.120 (100 PC al max); * IP server DNS 192.168.0.250 (sulla rete B!) Si sono riservati gli indirizzi da 192.168.1.2 a 192.168.1.19 per eventuali altri apparati di rete amministrabili (es. switch) Router B - all'interfaccia Fast Ethernet 0/0 assegniamo l'ip 192.168.0.1/24 - all'interfaccia seriale 0/0/0 assegniamo l'ip 192.168.3.2/30 - si imposta una route statica verso la rete A (la 192.168.1.0/24 cioè con subnetmask 255.255.255.0) con next hop l'indirizzo IP dell'interfaccia del router della sede A (l'indirizzo IP 192.168.3.1). Il router, oltre che da gateway, svolge anche la funzione di DHCP per la subnet B configurato ad es. Con: * ind. IP a disposizione da 192.168.0.20 a 192.168.0.120 (100 PC al max); * server DNS 192.168.0.250 Si sono riservati gli indirizzi da 192.168.0.2 a 192.168.0.19 per eventuali altri apparati di rete amministrabili (es. switch) Configurazione server intranet: IP statico 192.168.0.250/24 gateway predefinito 192.168.0.1 IP server DNS 192.168.0.250
Nella configurazione dell'interfaccia seriale dei router si dovrà scegliere, oltre che l'indirizzo IP, anche il protocollo dello strato 2 da usare per la connessione, es. HDLC. Osservazione: con questa configurazione il router A primo PC che si accende nella subnet A fornirà la configurazione: indirizzo IP 192.168.1.20; subnetmask 255.255.255.0; server DNS 192.168.0.250; gateway predefinito 192.168.1.1 (idem per la rete B tenendo conto del relativo indirizzo di rete) Si può riassumere la parte di routing con la seguente tabella di progetto: Esempio 3 Si supponga di aggiungere un accesso a Internet nel sistema precedente, ipotizzando che il router B abbia un'ulteriore interfaccia Fast Ethernet 0/1 da collegare al modem ADSL. Si supponga inoltre che l'indirizzo fornito dall'isp per il router nella sede B sia 80.80.80.2/30 (subnetmask 255.255.255.252) e quello del router nella sede dell'isp sia 80.80.80.1/30; si sa infine che il server web su Internet si trova all'indirizzo 208.67.222.254. La nuova situazione è la seguente: Router B: aggiunte sulla configurazione - si configura l'interfaccia Fast Ethernet 0/1 con l'indirizzo pubblico fornito dall'isp cioè 80.80.80.2/30 (subnetmask 255.255.255.252) - si configura la default route (network 0.0.0.0, subnetmask 0.0.0.0) avente come next hop dato dall'indirizzo IP del router nella sede dell'isp, cioè 80.80.80.1/30 - nel server DNS (192.168.0.250) si aggiunge l'associazione fra nome del sito Internet (es. www.labtele.net) e indirizzo IP del server web su internet, cioè il 208.67.222.254 - va configurata anche la funzione NAT/PAT in modo che tutti i PC dell'intranet possano condividere l'indirizzo IP pubblico a disposizione
Routing Dinamico Classificazione dei protocolli di Routing
Protocolli di Routing IGP per IPv4 RIP (Routing Information Protocol), aggiornato in RIPv2 (classless); va bene per piccole reti usa come metrica il numero di salti per raggiungere la rete di destinazione il numero di salti massimo è fissato a 15 (altrimenti è 'non raggiungibile') la distanza amministrativa è fissata a 120 le PDU sono scambiate con i router connessi direttamente alle proprie interfacce ogni 30 secondi, e sono inserite in datagram UDP aventi come porta sorgente e destinazione usano la 520; a loro volta i datagram UDP sono inseriti in pacchetti IP con destinazione multicast 224.0.0.9 le PDU possono essere di richiesta (si chiede l'invio delle tabelle di routing ad altri router) e di risposta (invio della propria tabella di routing ad altri router) i router al passare del tempo raggiungono la convergenza (cioè conoscono tutta il sistema autonomo) in quanto conosce la distanza di ogni router e l'interfaccia del router a cui vanno mandati i pacchetti IP di una certa rete. può anche implementare meccanismi di autenticazione e crittografia. In pratica quindi all'accensione il router compila la propria tabelle con le reti direttamente connesse e la invia ai router vicini che a loro volta inviano le proprie tabelle di routing; quando ogni router conosce tutto il sistema autonomo si raggiunge la convergenza (il router conosce anche la distanza metrica di ogni rete ma non la topologia della rete). Per evitare i loop ogni router non invia nelle PDU su un'interfaccia le route apprese da quell'interfaccia. OSPF (Open Shortest Path First); va bene per piccole medio/grandi consente di suddividere un autonomous system in in un certo numero di aree connesse da un backbone (area 0; per reti piccole può operare con una sola area) ogni router scambia informazioni fra router della stessa area e calcola con l'algoritmo di Dijkstra i percorsi più brevi tra un router e tutti gli altri router il percorso più breve è quello con metrica (costo) minore legato all'inverso della banda (bit/s) dei vari link (il costo è minore per link più veloci) ha una distanza amministrativa pari a 110 per cui ha la precedenza sul RIP i router adiacenti si scambiano brevi PDU hello per vedere si i link sono attivi mentre inviano PDU OSDF per compilare le tabelle di routing le PDU sono incapsulate in pacchetti IP con destinazione l'indirizzo multicast 224.0.0.5 e protocol type 89; i frame Ethernet hanno come MAC di destinazione <01:00:5e:00:00:05> IS-IS (intermediate System to Intermediate System), con metrica composita (banda, ritardo, costo, probabilità d'errore) EIGRP (Enhanced Interior Routing Protocol) sviluppato da Cisco con metrica composita (banda, ritardo, affidabilità, carico) Il protocollo HSRP (Hot Standby Router Protocol) Si usa quando si usano almeno due router per accedere a Internet; essi costituiscono un gruppo HSRP e sono visti con un unico IP (e unico MAC) dalla rete detto "IP virtuale" che viene impostato su tutti i PC della rete come default gateway. Un guasto del router "principale" connesso a Internet (i router si scambino messaggi per controllare il loro stato) farà intervenire automaticamente il router di riserva in modo che per gli host nulla cambi (l'ip è virtuale e non cambia).