Internet Protocol Versione 4: indirizzamento e routing Aspetti di indirizzamento, forwarding e routing del protocollo IPv4 1
Architettura di base delle reti IP Idee di base: Rete Reti distinte ed indipendenti Le reti sono interconnesse tra di loro attraverso un sistema di interconnessione Entità astratta, i cui membri sono in grado di scambiarsi messaggi IP direttamente senza passare attraverso alcun sistema di interconnessione Esempio: una LAN Sistema di interconnessione 2
Sistema di interconnessione (1) Reti interconnesse direttamente attraverso link diretti Richiede che le reti (quindi un qualunque apparato su di essa) siano in grado di interconnettersi nativamente Reti interconnesse attraverso apparati intermedi Richiede l ingegnerizzazione di un opportuno apparato in grado di procedere all interconnessione Deve essere in grado di capire come sono fatte le due reti originali Modello adottato dal TCP/IP TCP/IP 3
Sistema di interconnessione (2) Router Entità che interconnette reti TCP/IP No router interconnessi direttamente No reti interconnesse direttamente Necessario per permettere il recapito dei dati verso destinazioni remote La vista da parte dell utente La sua rete, il suo router, una nuvola che contiene tutti gli altri hosts Anche un eventuale collegamento puntopunto è una rete IP 4
Modello di smistamento del traffico Modello completamente magliato Complessità esponenziale Modello gerarchico Scalabile ma critico dal punto di vista della gestione (affidabilità e ridondanza del backbone, permessi,...) Rete di transito Modello peer Traffico di interconnessione nei domini intermedi Modello scelto da Internet 5
Architettura amministrativa Anarchia Ogni rete può essere interconnessa ad Internet purchè un altra rete lo permetta ($$$, ad esempio) Di fatto non è possibile impedire ad una rete di connettersi ad Internet Organizzazioni super-partes Limitate al minimo indispensabile Necessarie per alcuni aspetti critici Assegnazione degli indirizzi Assegnazione dei nomi Organismi per l evoluzione della rete 6
Architettura di indirizzamento 7 Rete Host Entità astratta I membri di una rete devono essere in grado di parlarsi direttamente Non fa alcuna assunzione di come questo avvenga Identificata con un range indirizzi 100-199, 200-299,... Identificato con un numero univoco all interno della rete 101, 102,... Comunicazione tra due entità IP Tra membri della stessa rete: diretta Tra membri di reti diverse: attraverso il router 6 reti distinte di
Assegnazione degli indirizzi IP Assegnati alle interfacce Ogni interfaccia ha almeno un indirizzo (sia nel caso di host che nel caso di router) Formalmente errato dire dammi l indirizzo IP del router Identifica una connessione alla rete Non sono ammesse interfacce con lo stesso indirizzo Macchine multihomed: hanno interfacce su più reti, quindi il NetID deve cambiare 8
Struttura degli indirizzi IP Struttura gerarchica a due livelli Parte network (MSBs) Parte host (LSBs) Esempio: 10. 255. 200. 17 network host Ampiezza della parte network Può essere variabile, a seconda degli indirizzi Analogamente al prefisso telefonico, che può essere a 2, 3 o 4 cifre Il modo per determinarne la dimensione verrà presentato in seguito 9
Router e instradamento (1) 10 Router Oggetto che ha il compito dell instradamento del traffico verso la destinazione finale Modello di indirizzamento con gerarchia a due livelli Network, Host Manca un ulteriore livello di aggregazione Es. prefisso nazionale Informazioni contenute in un router In un modello peer, ogni router conosce come raggiungere tutte le altre reti presenti sulla rete TCP/IP Ogni router deve mantenere un informazione distinta che associa ad ogni rete la relativa posizione Lookup in base ad un identificativo di rete Identificativo di host : approccio non scalabile Approccio non scalabile Verranno definiti successivamente dei meccanismi per limitare questo problema
Router e instradamento (2) Net_1 Net_2 Net_3 Net_4 Net_5 Tabella di Routing ================== Net_1 Net_2 Net_3 Net_4 Net_5 Net_6 Net_6 11
Tipi di reti IP Punto-punto Interfacce possono essere unnumbered Linee dedicate o dial-up Non standard Multiaccesso con possibilità di broadcast Host possono comunicare direttamente senza passare per router intermedi Possibilità di broadcast (e di ARP) LAN Multiaccesso senza possibilità di broadcast Host possono comunicare direttamente senza passare per router intermedi Non c è possibilità di broadcast (e quindi niente ARP) Mapping (ad esempio manuale) tra indirizzi IP e strutture di livello 2 Reti a pacchetto commutate 12
Limiti del modello di indirizzamento IP Scalabilità del routing Host mobili Quando un host attiva una connessione di rete su una diversa rete TCP/IP deve cambiare l indirizzo Critico nelle soluzioni per le quali l identificativo dovrebbe essere fisso (es. telefonia su IP) Hosts con interfacce multiple Un host può non essere raggiunbile perchè il pacchetto è diretto all interfaccia momentaneamente fuori uso Soluzione proprietaria da parte di alcuni costruttori (es. interfaccia lookpack dei router Cisco) ping B2 ping B1 A B1 B2 B 13
Indirizzamento classful 0 8 16 19 31 Classe A 0 Network Host 2 7 reti, 2 24 host per rete Indirizzi 0-127 0 1 16 31 Classe B 10 Network Host 2 14 reti, 2 16 host per rete Indirizzi 128-191 0 1 2 24 31 Classe C 110 Network Host 2 21 reti, 2 8 host per rete Indirizzi 192-223 0 31 Classe D 1110 Multicast Address 0 Indirizzi 224-239 31 14 Classe E 1111 Reserved Indirizzi 240-255
Indirizzi particolari Indirizzi riservati in ogni rete Directed broadcast, network address Rete di classe C: max 254 host Network Host Valido come Valido come Descrizione sorgente destinazione NetID 0...0 SI NO Network address NetID 1...1 NO SI Directed broadcast for net 1...1 1...1 NO SI Limited broadcast (local net) 0...0 0...0 SI NO This host on this net 127 Anything (often 1) SI SI Loopback 15
Indirizzi particolari: il loopback Spazio di indirizzamento 127.0.0.0/8 Testing Utilizzo di applicativi client/server sulla stessa macchina Altri utilizzi da parte dello stack TCP/IP Invio di pacchetti a sé stessi, anche utilizzando un altro indirizzo diverso dal loopbak Gestione del broadcast su una rete ad esempio 10baseT 16
Limiti dell indirizzamento classful (1) Esempio Obiettivo: rete aziendale composta di 13 sezioni distinte, una per dipartimento Vincolo: almeno 300 computer per dipartimento Quanti indirizzi è necessario acquistare? 13 Classi C: Max 256 hosts Non sono sufficienti 1 Classe B: Max 64k hosts Sufficiente, ma unica rete 13 Classi B: Max 64k hosts Sufficiente, ma spreco 17
Limiti dell indirizzamento classful (2) Spreco di indirizzi ( esaurimento) Grossi blocchi vuoti Non esistono misure intermedie tra le classi A, B, C Se ho 66000 host? Se ho un link punto-punto? Ingestibilità Secondo il modello IP classico tutti gli host di una classe (ad esempio una classe A) sono raggiungibili direttamente (fanno parte di una stessa LAN ) 18
Subnetting: una prima soluzione Host Subnetting Subnet mask Partizionamento della rete originale Subnet mask Bit a 1 in corrispondenza dei campi network e subnetwork Bit a 0 in corrispondenza del campo host Gli 1 possono anche essere non contigui, anche se questo è fortemente sconsigliato Una coppia (indirizzo, subnet mask) individua una sottorete (address range) 255.255.240.0, 255.255.255.252,... Network (classe B) Subnet 128.10.1.2....255.1.2....254.1.2....254 Classi C virtuali 19
VLSM Subnetting R 256 hosts VLSM R 512 hosts 256 hosts 512 hosts Rete 128.10 (classe B) 256 hosts Rete 128.10 (classe B) 256 hosts 256 hosts 256 hosts 256 hosts 512 hosts Routing interno: tutti i routers conoscono la netmask, che è uguale per tutti Routing esterno: i router non conoscono il partizionamento, quindi annunciano la rete secondo la netmask naturale 20 Routing interno: è necessario conoscere la netmask (la dimensione della rete ) delle altre subnet, altrimenti il routing non funziona E necessaria la subnet mask nel pacchetto di routing Routing esterno: uguale al caso precedente
Indirizzamento classless Subnetting: i problemi Esaurimento della classe B Impossibilità di ottenere reti con una dimensione intermedia rispetto alle classi previste (A, B, C) Difficile da capire Host, subnet, network Indirizzamento classless Idea: rendere la divisione tra network e host flessibile Classi: vengono completamente abolite Indirizzo 0 n 31 Network Host Netmask 11...11 00...00 21
Netmask: valori Netmask e Prefix Length: sostanzialmente la stessa cosa Prefix Length: più compatto, più intuitivo Valori leciti in ognuno dei bytes Prefix Length che compongono la netmask: (ultimo byte) 22 0 0000 0000 (256) /24 128 1000 0000 (128) /25 192 1100 0000 (64) /26 224 1110 0000 (32) /27 240 1111 0000 (16) /28 248 1111 1000 (8) /29 252 1111 1100 (4) /30 254 1111 1110 (2) /31 255 1111 1111 (1) /32 non usabili nell ultimo byte della netmask
Esercizio: determinazione della netmask Esercizio Sia data una rete con 10 host: si determini il prefix length (e la netmask) necessaria per gestire questa rete. Soluzione 12 indirizzi richiesti (10 + directed broadcast + network) Rete /28 (16 indirizzi), netmask 255.255.255.240 10 Host Netmask 0 27 28 31 11111111 11111111 11111111 1111 0000 Network Host 23
Esercizio: determinazione della netmask Esercizio Siano date le reti con il numero di host indicato in figura. Si determini, per ognuna di esse, il prefix length e la netmask da utilizzare. Numero Indirizzi Indirizzi Prefix Netmask Host necessari richiesti Length 20 22 32 /27 255.255.255.224 31 33 64 /26 255.255.255.192 80 82 128 /25 255.255.255.128 260 262 512 /23 255.255.254.0 24
Esercizio: minimizzazione degli indirizzi Esercizio Sia data una rete con 6 host e un router. Si cerchi di organizzare la rete in modo da impegnare un numero di indirizzi più limitato possibile Soluzione 9 indirizzi richiesti (6 + directed broadcast + network + router) 16 indirizzi allocati, prefix length /28) Crezione di due reti: Rete A: 5 host (+ router) /29 Rete B: 1 host (+ router) /30 12 indirizzi allocati Internet 2 indirizzi Internet 6 Host 5 Host 1 Host 25
Esercizio: partizionamento di una rete Esercizio Riorganizzare una unica rete 13.0.0.0/16 in 16 reti distinte, utilizzando lo stesso blocco di indirizzamento Soluzione Rete /16 64k hosts 16 reti 2 12 host/rete Netmask: venti 1, dodici 0 11111111. 11111111. 11110000. 00000000 13.0. FF FF F0 00 255.255.240.0 Prefix length /20 13.0. (16-31)... 13.0. 0.1 (1) 0.2 (2)....15.254 (4094) 240.1 (61441) 240.2 (61442)... 255.254 (65534) 26
Address Range Identifica un insieme di indirizzi IP che condividono un certo prefisso Non è necessariamente sinonimo di una rete IP Utilizzato nel routing (classless) e nella gestione dell indirizzamento Address Range 10.0.1.0/24 Address Range 10.0.1.128/25 Rete 10.0.1.0/25 Rete 10.0.1.128/25 27 Address Range 10.0.1.0/25
Assegnazione degli address range... ovvero assegnazione del prefisso di rete ad ogni rete IP Ogni rete IP deve essere gestita da un blocco di indirizzi IP contigui (o address range) Due vincoli da soddisfare Gli address range di ogni rete devono essere validi Il primo indirizzo dell address range deve coincidere con l indirizzo di rete; l ultimo con l indirizzo di broadcast) (inoltre) Gli address range non devono essere sovrapposti Due metodi per la determinazione dell address range corretto Formale: richiede una certa praticità del calcolo binario Informale: meno elegante, ma più intuitivo 28
Metodo formale Utilizzi della definizione formale di indirizzo IP Spazio di indirizzamento di una rete: il prefisso di rete è costante per tutti gli host appartenenti alla rete stessa Utilizzo del sistema binario Esempio: rete 10.0.0.0/30 Indirizzo 00001010 00000000 00000000 00000000 Netmask 11111111 11111111 11111111 11111100 Definizione dell indirizzo di rete: Scrittura della parte network desiderata Controllo che nella parte host esistano solo cifre 0 Traduzione in decimale del tutto (per la leggibilità) 29
Metodo informale (1) Metodo della ricerca delle regolarità Esempio: rete /30 Rete /30 4 indirizzi Allocazione (partendo dall inizio dello spazio di indirizzamento di IP): 0.0.0.0, 0.0.0.4, 0.0.0.8,... Regolarità: l ndirizzo iniziale è multiplo di 4 Esempio: indirizzi di reti /30 validi nel blocco 10.0.0.0/24 10.0.0.0, 10.0.0.4, 10.0.0.8,... Indirizzi IP 0.0.0.0 0.0.0.1 0.0.0.2 0.0.0.3 0.0.0.4 0.0.0.5 0.0.0.6 0.0.0.7 0.0.0.8 0.0.0.9 0.0.0.10 0.0.0.11 0.0.0.12 0.0.0.13 0.0.0.14 0.0.0.15 4 30
Metodo informale (2) Attenzione alle reti con prefix length Indirizzi IP < 24 Esempio: reti con prefix length /23 Indirizzi di rete validi: 0.0.0.0, 0.0.2.0, 0.0.4.0, 0.0.0.0... 0.0.0.255 0.0.1.0... 0.0.1.255 256 256 512 0.0.2.0... 0.0.2.255 0.0.3.0... 0.0.3.255 31
Esempi di spazi di indirizzamento 256 indir. 8 bit (/24) 0 (0x00) 00000000 128 indir. 6 bit (/25) 128 (0x80) 10000000 64 indirizzi 6 bit (/26) 192 (0xC0) 11000000 32 indirizzi 5 bit (/27) 224 (0xE0) 11100000 16 indirizzi 4 bit (/28) 240 (0xF0) 11110000 8 indirizzi 3 bit (/29) 248 (0xF8) 11111000 4 indirizzi 2 bit (/30) 252 (0xFC) 11111100.0.255.0.127.0.63.0.31.0.15.0.7.0.3.4.7.8.15.8.11 Legenda: Numero indirizzi a disposizione Bit a 0 nella netmask e Prefix Length Ultimo byte della netmask (dec/hex) Ultimo byte della netmask (bin).32.32.63.16.31.32.47.16.23.24.31.32.39.12.15.16.19.20.23.24.27.28.31.32.35.36.39.40.47.40.43.44.47.48.63.48.55.48.51 Un indirizzo IP può essere indirizzo di rete, broadcast oppure assegnabile ad un host a seconda della rete a cui appartiene.56.63.52.55.56.59.60.63 32
Esercizio: Individuazione degli Address Range Esercizio Siano dati i seguenti indirizzi IP e i relativi Prefix Length. Si determini, per ognuno di essi, se l indirizzo IP è un indirizzo di rete, broadcast, oppure è assegnabile ad un host, e si indichi l address range a cui appartiene. Indirizzo IP Prefix Length Tipo indirizzo Address range 130.192.16.80 /27 Host 130.192.16.64 130.192.16.95 130.192.16.80 /28 Network 130.192.16.80 130.192.16.95 130.192.16.80 /29 Network 130.192.16.80 130.192.16.87 10.2.2.3 /30 Broadcast 10.2.2.0 10.2.2.3 10.2.2.3 /24 Host 10.2.2.0 10.2.2.255 192.168.3.2 /25 Host 192.168.3.0 192.168.3.127 80.18.3.127 /25 Broadcast 80.18.3.0 80.18.3.127 80.18.3.0 /23 Host 80.18.2.0 80.18.3.255 80.18.3.0 /24 Network 80.18.3.0 80.18.3.255 33
Note riepilogative sugli Address Range Dimensione degli Address Range Può essere pari solamente a 2 n Posizione degli Address Range Un address range /30 non è semplicemente un blocco da 4 indirizzi Ricordarsi che gli address range sono collocati in ben precise posizioni 0.0.0.0/30 0.0.0.2/30 0.0.0.0 0.0.0.1 0.0.0.2 0.0.0.3 4 0.0.0.2 0.0.0.3 0.0.0.4 0.0.0.5 4 SI NO 34
Partizionamento degli Address Range (1) Necessario in fase di gestione dell indirizzamento Spesso l utente ha una struttura di rete complessa (es. molte reti IP) L amministratore di rete normalmente assegna all utente un unico address range L utente deve ricavare, all interno dell address range assegnato, gli indirizzi di rete per gestire la sua topologia Address Range 10.0.0.0/24 Rete A 100 hosts Rete B 20 hosts 35
Rete A (/25) Rete B (/30) Inutilizzato 36 Partizionamento degli Address Range (2) Address Range 10.0.0.0/24 10.0.0.0... 10.0.0.127 10.0.0.128... 10.0.0.131 10.0.0.132... 10.0.0.255 NOTA: l indirizzo di rete 10.0.0.0 è valido sia per una rete /30, per /25, per /24 e altre NOTA: l indirizzo 10.0.0.4 è indirizzo di rete per una /30, indirizzo host se incluso in una /25 (ad esempio 10.0.0.0/25) In generale non è possibile determinare se un indirizzo è di rete o di host senza la conoscenza della netmask NOTA: è preferibile compattare i blocchi inutilizzati per evitare sprechi (possibilmente al fondo) 10.0.0.0... 10.0.0.3 10.0.0.4... 10.0.0.127 10.0.0.128... 10.0.0.255 Rete B (/30) Inutilizzato Rete A (/25)
Address Range e sprechi di indirizzi Address Range 10.0.0.0/24 Rete /27 Inutilizzato Rete /27 10.0.0.0... 10.0.0.31 10.0.0.32... 10.0.0.95 10.0.0.96... 10.0.0.127 Attenzione: non è un Address Range! Non è possibile utilizzare questo spazio per gestire una rete /26 Rete /25 10.0.0.128... 10.0.0.255 37
Spazio di indirizzamento sovrapposto L host 10.0.0.165 sarà sulla rete 1 oppure sulla 3? Rete 3: 10.0.0.164/30 Range sovrapposti, anche se non esistono indirizzi duplicati Rete 1: 10.0.0.128/26 Rete 2: 10.0.0.0/25 Hosts:.130-.159 Hosts:.2-.101 38
Definizione del piano di indirizzamento IP Si compone dei seguenti passi: 1. Lista delle reti IP 2. Numero di indirizzi necessari 3. Numero di indirizzi allocati Necessario per determinare le esigenze totali in termini di numero di indirizzi necessari a definire il piano di indirizzamento 4. Verifica dell ampiezza (o richiesta di assegnazione) dell address range assegnato 5. Determinazione della netmask/prefix length 6. Assegnazione degli address range ad ogni rete 7. Assegnazione degli indirizzi agli host Dati di partenza Topologia di rete, numero di host in ogni rete Blocco di indirizzamento da utilizzare Non sempre è un dato del problema; in alcuni casi deve essere richiesto in base alle esigenze di rete (punto 3) 39
Indirizzamento IP: esempio 1. Lista delle reti IP 2. Numero di indirizzi necessari 3. Numero di indirizzi allocati 4. Validità del blocco di indirizzamento 5. Netmask / Prefix Length 6. Address Range 7. Indirizzi Hosts.194.129 Spazio di indirizzamento min: 196 indirizzi Address range prescelto: 10.0.0.0/24 OK Rete 10.0.0.192/30 Rete IP 3 Indirizzi necessari: 4 Indirizzi allocati: 4 NM (PL): 255.255.255.252 (/30).193.1 Rete 10.0.0.128/26 Rete 10.0.0.0/25 Rete IP 1 Rete IP 2.130 -.169 Indirizzi necessari: 43.2 -.101 Indirizzi necessari: 103 Indirizzi allocati: 64 Indirizzi allocati: 128 NM (PL): 255.255.255.192 (/26) NM (PL): 255.255.255.128 (/25) 40 LAN 1, 40 end-system LAN 2, 100 end-system
Assegnazione degli indirizzi Parte Network ISP (Internet Service Provider) IANA (Internet Assigned Number Authority) ARIN (American Registry for Internet Numbers, più l Africa) LACNIC (Latin American and Caribbean Internet Address Registry) RIPE (Réseau IP Européens) APNIC (Asia-Pacific Network Information Center) Parte Host Configurazione manuale Configurazione dinamica DHCP [RFC 2131] Estensione di BOOTP [RFC 1542] L host richiede un indirizzo al server DHCP Usato nel caso di LAN Altri metodi (es. PPP) nel caso di interfacce punto-punto Configurazione automatica (blocco 169.254.0.0/16) 41
Indirizzi privati (1) Rete pubblica From: 1.1.1.1 To: 1.1.2.1 Rete privata 1.1.2.1 1.1.1.1 1.1.2.1 From: 1.1.1.1 To: 1.1.2.1 In presenza di un indirizzo duplicato non è possibile determinare quale macchina sarà il legittimo destinatario del pacchetto 42
Indirizzi privati (2) Si risolve il problema della duplicazione degli indirizzi Non sono annunciati su Internet, quindi quegli host non sono raggiungibili direttamente Possono essere raggiungibili tramite un server proxy, NAT, etc. Indirizzi di autoconfigurazione (plug and play) 10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255 192.168.0.0-192.168.255.255 169.254.0.0-169.254.255.255 Blocco da 2 24 elementi Blocco da 2 20 elementi Blocco da 2 16 elementi Blocco da 2 16 elementi 43
Esercizi di Indirizzamento 44
Assegnazione di indirizzi IP (1) Netmask: 255.255.255.0 Netmask: 255.255.255.248 LAN 1 10.0.2.1/24 10.0.2.2/24 10.0.1.10/29 10.0.1.14/29 10.0.2.0/24 10.0.2.254/24 10.0.1.8/29 10.0.1.9/29 LAN 2 10.0.1.253/24 10.0.1.2/29 10.0.1.0/24 10.0.1.0/29 10.0.1.3/24 10.0.1.3/29 10.0.1.4/24 10.0.1.4/29 45
Assegnazione di indirizzi IP (2) Due reti: /29 e /30, da allocare in un blocco /24 Soluzione 10.0.0.0/29 10.0.0.8/30 spazi di indirizzamento contigui Blocco da allocare: 10.0.0.0/24 Rete /29 Rete /30 10.0.0.0/29 10.0.0.8/30 46
Assegnazione di indirizzi IP (3) Rete A (punto-punto), B (62 end-system), C (27) Soluzione Indirizzi richiesti: 4 + 65 + 30 Indirizzi da allocare: 4 + 128 + 32= 164 Prefix Length: /30, /25, /27 Indirizzi 10.0.0.160/30, 10.0.0.0/25, 10.0.0.128/27 Attenzione all assegnamento non contiguo! Rete A: canale punto-punto 10.0.0.160/30 Rete B: 62 ES Rete C: 27 ES 10.0.0.0/25 10.0.0.128/27 47
Assegnazione di indirizzi non contigui Rete A (punto-punto), B (70 end-system), C (62) Soluzione Indirizzi richiesti: 4 + 73 + 65 Indirizzi da allocare: 4 + 128 + 128= 260 Con partizionamento di C: 4 + 128 + (64 + 32) = 232 Prefix Length: /30, /25, (/27 + /28) Indirizzi 10.0.0.224/30, 10.0.0.0/25, (10.0.0.128/26 + 10.0.0.192/27) Rete A: canale punto-punto 10.0.0.224/30 Rete B: 70 ES Rete C: 62 ES 10.0.0.0/25 10.0.0.128/26 + 10.0.0.192/27 48
Ricerca degli errori di progettazione Si determinino gli errori di progettazione contenuti nella rete seguente, considerando che tutti i dispositivi dovrebbero appartenere alla stessa rete IP Soluzione Netmask troppo piccola Indirizzo di R1 Indirizzo di R2 R1 R2 10.0.0.0/29 10.0.0.9/29 10.0.0.1/29 10.0.0.2/29 10.0.0.3/29 10.0.0.4/29 10.0.0.5/29 49