CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 76 Classe bit: 0 1 2 3 4 8 16 24 31 A B C D E 0 net id host id 1 0 net id host id 1 1 0 net id host id 1 1 1 0 multicast address 1 1 1 1 0 riservato per usi futuri Figura 11.1: Classi di indirizzi Internet. net id rappresenta un identificativo della rete (l indirizzo della rete comprende anche i primi bit), host id rappresenta l identificativo dell host nella rete. Classe Indirizzi Note A 1.0.0.0 126.0.0.0 126 reti con 2 24 2 host B 128.1.0.0 191.255.0.0 2 14 = 16384 reti con 2 16 2 = 65534 host C 192.0.1.0 223.255.255.0 2 21 > 2000000 reti con 254 host D 224.0.0.0 239.255.255.255 E 240.0.0.0 255.255.255.254 La classe E é riservata per usi futuri. La classe D é invece costituita da particolari indirizzi, detti multicast. Ad ognuno di essi non corrisponde un singolo host, ma un insieme di host. Non tutte le combinazioni di bit sono utilizzabili per definire un indirizzo IP. Alcune di queste sono riservate, o hanno un significato particolare. In generale i campi formati da tutti bit 1 sono interpretati come all (tutti), mentre quelli formati da tutti 0 sono interpretati come this (questo). Alcuni esempi sono riportati in Fig. 11.2. In particolare, un pacchetto che ha per destinazione l indirizzo di loopback non viene effettivamente spedito sulla rete, ma viene girato direttamente all host stesso. Tale indirizzo é utilizzato sia da procedure di collaudo, che da particolari programmi per l esecuzione dei relativi client sullo stesso host anche in caso di assenza di una scheda di rete. Ogni host di Internet, che deve essere raggiungibile dagli altri host, deve avere un indirizzo IP unico. Ci deve essere quindi un meccanismo di assegnazione degli indirizzi. In particolare, l organismo centrale di assegnazione (NIC: Network Information Center) assegna ai responsabili delle varie reti
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 77 net address host id 0 0 0......... 0 net address 1.... 1 1 1 1......... 1 L host stesso Broadcast sulla rete indicata Broadcast locale (tutti gli host della rete connessa) 0.... 0 host id L host specificato della rete connessa 127 qualunque (es. 0.0.1) Loopback Figura 11.2: Alcuni indirizzi Internet riservati. degli insiemi di indirizzi. I responsabili delle varie reti provvedono poi ad assegnare la parte restante degli indirizzi. Un altro caso particolare di indirizzo di rete é costituito dagli indirizzi della forma 192.168.xxx.xxx. Indirizzi di questo tipo non rappresentano indirizzi pubblici, ossia non corrispondono ad host direttamente raggiungibili dagli altri host, ma il loro uso é riservato alla creazione di sottoreti private. Tali indirizzi sono ad esempio utilizzati per condividere un unico indirizzo IP pubblico (valido) tra gli host di una sottorete privata. Un esempio a tale riguardo é schematizzato in Fig. 11.3. Nella rete di Fig. 11.3 i vari host hanno indirizzo IP del tipo 192.168.2.xxx. Il collegamento con la rete esterna é assicurato dal gateway. Tale host ha due schede di rete, una si collega alla sottorete privata ed ha indirizzo 192.168.2.1, ed una si collega al mondo esterno (Internet) ed ha un indirizzo IP pubblico (ad esempio 150.217.8.124). Come evidenziato in Fig. 11.3, il gatweay ha due indirizzi IP, uno per ogni collegamento. Gli host interni alla sottorete invieranno a 192.168.2.1 i pacchetti diretti al mondo esterno (prima destinazione intermedia). Per raggiungere gli host della sottorete, i pacchetti provenienti dalla rete esterna raggiungeranno il gateway alla destinazione intermedia 150.217.8.124. Gli host della sottorete si connettono direttamente agli altri host della sottorete, utilizzando l indirizzo IP specificato (192.168.2.xxx). I pacchetti inviati dagli host della sottorete possono inviare pacchetti sulla rete esterna tramite il gateway. Un host della rete esterna non puó peró inviare direttamente pacchetti ad un host della sottorete, poiché gli indirizzi del tipo 192.168.xxx.xxx sono appunto riservati alla creazione di sottoreti private e non puó essere determinato un instradamento verso di essi. Nessuno vieta infatti la contemporanea esistenza di un numero qualsiasi di sottoreti con gli
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 78 Host (PC) Host (PC)..... Host (PC) 192.168.2.5 192.168.2.3 192.168.2.10 hub (switch) 192.168.2.1 Gateway + masch. 150.217.8.124 Internet Figura 11.3: Esempio di sottorete privata che usa un solo indirizzo IP pubblico per connettersi ad Internet.
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 79 stessi indirizzi. Le cose funzionano, nel senso che gli host della sottorete possono accedere alla rete esterna, finché il gateway provvede alla funzionalitá di mascheramento. In pratica, i vari host della sottorete avranno impostato 192.168.2.1 come gateway. Un pacchetto diretto ad un host su Internet viene inviato al gateway come prima destinazione intermedia. La funzionalitá di mascheramento di questo provvede a far sí che il pacchetto venga inviato sulla rete esterna come se fosse originato dal gateway, quindi con un indirizzo IP valido. I pacchetti in risposta vengono automaticamente reindirizzati nella sottorete e all host relativo dal gateway stesso. Un host esterno puó anche connettersi direttamente ad un host della sottorete. Deve peró essere specificato nella propria configurazione di instradamento che la rete 192.168.2. puó essere raggiunta attraverso l host 150.217.8.124. In commercio esistono modem/router con la funzionalitá descritta, che rende quindi possibile il collegamento ad Internet di diversi host con un unico abbonamento. Anche sistemi operativi come Linux e Windows permettono di realizzare gateway con tale funzionalitá. 11.3 Domain Name System L uso dell indirizzo IP é scomodo dal punto di vista dell utente. Per comoditá, ad un host é usualmente anche assegnato un nome simbolico, o nome di alto livello, o semplicemente nome, che lo identifica. Spesso, ci si riferisce a tale nome ancora come indirizzo dell host. Tali nomi devono essere univoci e, possibilmente, organizzati in modo da fornire alcune informazioni sull host stesso (ad esempio locazione geografica, ente, servizio operato, ecc.). Per l elevato numero di host collegati, é stato deciso di adottare una struttura gerarchica, sia per quanto riguarda l assegnazione dei nomi, che per quanto riguarda la relaizzazione del meccanismo di corrispondenza tra nomi e indirizzi IP. Nel caso di Internet, il meccanismo che implementa la gerarchia dei nomi di macchina é detto Domain Name System (DNS). Tale sistema provvede sia a dettare le regole per l assegnazione dei nomi e la delega dell autoritá, che ad implementare un meccanismo per convertire i nomi in indirizzi IP. In particolare, l autoritá di massimo livello (NIC: Network Information Center) demanda l autoritá di attribuzione dei nomi in modo gerarchico, in cui ogni divisione puó decidere se operare sottodivisioni. Un nome é formato da una sequenza di sottonomi (label), separate da un punto. Ogni sottonome puó rappresentare un dominio o un gruppo. Un
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 80 nome ha una sintassi del tipo local.site in cui site é il nome del sito autorizzato dall autoritá centrale, local é la parte del nome controllata dal sito stesso. Un sito púo poi decidere di suddividere il proprio spazio dei nomi in gruppi: local.group.site ecc. ecc.. Ad esempio possibili nomi sono srtm.det.unifi.it det.unifi.it Ad esempio, srtm.det.unifi.it é un nome composto da 4 domini e 4 labels. L ordine di importanza del dominio va da destra a sinistra. Ogni sequenza di tali labels (a partire da destra) rappresenta un nome di dominio. Cosí it: dominio italiano, una delle divisioni del massimo livello. In srtm.det.unifi.it rappresenta il dominio di massimo livello. unifi.it: dominio dell Universitá di Firenze, collocato sotto l autoritá del dominio it. det.unifi.it: dominio del Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, collocato sotto l autoritá del dominio unifi.it. srtm.det.unifi.it: identifica una macchina all interno del dominio det.unifi.it. srtm é il nome dell host. Oltre it, tra le divisioni di massimo livello si trovano com: organizzazioni commerciali net: fornitori di servizi int: organizzazioni internazionali codice stato (due lettere): divisione geografica I protocolli di collegamento (in particolare a livello Internet) devono comunque utilizzare l informazione dell indirizzo IP dell host destinazione. Quindi, quando si specifica una macchina tramite il suo nome, il sistema deve essere in grado di risalire all indirizzo IP relativo. Questo viene fatto in modo completamente trasparente per l utente tramite la chiamata ad un programma, detto name resolver. Tale programma é in grado di contattare dei name in grado di fornire l informazione cercata. Per questo, tra le impostazioni per il collegamento Internet di un host, si trova anche la specifica dell indirizzo IP di uno o piú name.
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 81 radice com it int bank.com unifi.it det.unifi.it cnr.it Figura 11.4: Organizzazione gerarchica dei name. I name, o meglio gli host su cui girano, non contengono, per ragioni pratiche, tutto il database delle associazioni tra nomi ed indirizzi IP. Tale database, per la sua estensione, é infatti distribuito e organizzato in modo gerarchico, secondo uno schema del tipo di Fig. 11.4. In linea di principio, dato un nome da risolvere, richiesto ad un certo name, questo controllerá se é nel proprio database, altrimenti girerá la richiesta al radice e cosí via seguendo la struttura gerarchica fino a raggiungere il contenente l informazione cercata. In realtá, l albero dei ha meno livelli rispetto a quanto disegnato nello schema di principo di Fig. 11.4. Un puó infatti contenere tutte le informazioni dei propri sottodomini, per aumentare l efficienza e contattare un numero minore di. Inoltre, per velocizzare la richiesta, ogni name mantiene una cache contenente i nomi risolti piú di recente con l indirizzo del name che ha fornito l informazione. Tale cache viene consultata nel caso in cui il non abbia l autoritá di risolvere il nome richiesto. Nel caso in cui la cache contenga il nome cercato, il name invia l informazione (con l indirizzo del name da cui l ha ottenuta) marcandola come non authoritative. Le informazioni memorizzate nella cache vengono eliminate dopo un certo
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 82 periodo di tempo, seguendo l informazione del TTL (Time To Live) inviata dal stesso da cui l informazione é stata ottenuta. 11.4 Informazioni per la connessione alla rete Per configurare un host per l accesso ad Internet ci sono essenzialmente due possibilitá. Un provider o una rete (LAN) puó fornire un servizio di assegnazione automatica dell indirizzo IP e delle altre informazioni necessarie. In tal caso, all accensione, l host invia una richiesta in broadcast sulla rete a cui é connesso per ottenere tale servizio. Un apposito raccoglie tali richieste e risponde inviando tutte le informazioni necessarie, compreso un indirizzo IP libero. In caso contrario le informazioni necessarie devono essere introdotte manualmente. Ció che viene richiesto (e fornito dall amministratore della rete) é usualmente: L indirizzo IP. La maschera di sottorete. Questo é un numero intero a 32 bit ricavato nel modo seguente. Scriviamo l indirizzo IP in forma binaria (32 bit). Gli host che appartengono alla sottorete avranno indirizzi simili, nel senso che cambieranno solo in alcuni bit piú a destra. La maschera di sottorete, utilizzata dal sistema per ricavare la parte fissa dell indirizzo IP degli host della sottorete, é un numero binario a 32 bit contenente 1 nelle posizioni corrispondenti ai bit dell indirizzo IP che restano fissi per i vari host della sottorete (relativi all indirizzo di rete, quindi), e 0 altrimenti. Ad esempio, 10100011 01101011 10000001 00110011 Indirizzo IP (classe C) net address host id 11111111 11111111 11111111 00000000 Maschera di sottorete (formato binario) 255. 255. 255. 0 Maschera di sottorete (dotted decimal) L indirizzo IP del gateway (o dei gateway), a cui vengono indirizzati i pacchetti destinati agli host che non fanno parte della rete a cui siamo direttamente connessi. Gli indirizzi di uno o piú DNS (Name ).
CAPITOLO 11. INDIRIZZI E DOMAIN NAME SYSTEM 83 Un nome di host, che peró non sará utilizzabile dagli altri host in Internet a meno di una sua registrazione. Un nome di dominio, che viene utilizzato solo per specificare un nome di dominio per completare un nome introdotto solo come nome di host. Come per il nome dell host, per comparire nei name, la nostra macchina deve essere registrata presso l autoritá locale.
Capitolo 12 Suite di protocolli TCP/IP In questo capitolo descriveremo brevemente alcuni dei protocolli previsti dalla suite TCP/IP. Abbiamo giá parlato della suddivisione in strati dei protocolli di comunicazione. Nel caso di Internet, la situazione é quella indicata in Fig. 12.1, in cui sono indicati alcuni dei protocolli dei vari livelli. Il livello dá il nome anche alla relativa serie di protocolli. Avremo cosí i protocolli Internet (IP, ecc.), i protocolli di trasporto (TCP e UDP), i protocolli applicativi (Telnet, FTP, SMTP, ecc. ecc.). I protocolli applicativi, in particolare, riguardano la realizzazione dei diversi servizi messi a disposizione dell utente: Telnet per l accesso remoto agli host, FTP per il trasferimento dei file, POP e IMAP per la gestione remota della casella di posta, ecc. ecc.. Per distinguere tra i vari protocolli di uno stesso livello viene utilizzata una tecnica di multiplexing/demultiplexing. In pratica, nel messaggio o nel pacchetto, vengono inclusi dei bit per identificare il tipo di messaggio, il processo che lo ha generato ed il protocollo utilizzato. L host destinazione sfrutta tale informazione per capire cosa ha di fronte e per girare i dati all appropriata applicazione per l elaborazione. Ad esempio, un datagramma IP puó contenere un pacchetto TCP, un pacchetto UDP, ICMP, ecc. Un codice in un apposito campo dell header individuerá di cosa si tratta. In precedenza abbiamo visto un esempio di protocollo di rete (Ethernet). Nel seguito descriveremo brevemente alcuni dei protocolli a livello Internet e trasporto. Passeremo poi a descrivere alcuni protocolli applicativi. 12.1 ARP (Address Resolution Protocol) Per poter trasmettere un frame nella rete fisica é necessario conoscere l indirizzo fisico dell host di destinazione (o della successiva destinazione intermedia nel caso in cui l host destinazione non sia connesso alla stessa rete fisica). 84
CAPITOLO 12. SUITE DI PROTOCOLLI TCP/IP 85 Application Telnet FTP SMTP NFS POP IMAP HTTP..... Transport TCP UDP Internet..... ICMP BootP ARP RARP IP Network Interface Ethernet Token Ring..... Figura 12.1: La suite di protocolli TCP/IP. Perció deve essere possibile determinare l indirizzo fisico corrispondente ad un dato indirizzo IP, per gli host della rete di appartenenza. Il protocollo ARP (Address Resolution Protocol) implementa tale meccanismo. In pratica, ogni host mantiene una tabella di corrispondenza tra indirizzo IP e indirizzo fisico degli host collegati alla sua rete. Nel caso in cui la tabella non contenga l informazione desiderata, l host invia, in broadcast sulla rete di appartenenza, un pacchetto in cui richiede l indirizzo fisico dell host con il dato indirizzo IP. In tale pacchetto inserisce anche i propri indirizzi fisico e IP. Se attivo, l host cercato risponde alla richiesta e tutti gli altri host, che ricevono comunque il pacchetto, aggiornano la propria tabella. Per favorire tale aggiornamento, ogni host invia in broadcast un pacchetto contenente il proprio indirizzo fisico e IP al momento dell accensione. 12.2 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) In una rete possono esistere host privi di dispositivi di memorizzazione di massa (hard disk). É il caso dei terminali utilizzati per la connessione a mainframe, a cui non viene richiesta alcuna capacitá di elaborazione e sono realizzati per avere un costo minimo. Tali host non sono quindi in grado di memorizzare informazioni in modo permanente. Ció comporta la necessitá di un meccanismo (o protocollo) per assegnare un indirizzo IP ad un host a partire dal suo indirizzo fisico (impo-
CAPITOLO 12. SUITE DI PROTOCOLLI TCP/IP 86 stato sull adattatore di rete). Questo meccanismo é realizzato dal protocollo RARP (Reverse Address Resolution Protocol). In pratica, all accensione, un host che ha bisogno di conoscere il proprio indirizzo IP, invia un pacchetto in broadcast sulla rete di appartenenza contenente una richiesta per tale servizio. La richiesta é raccolta da un RARP (che deve essere presente e attivo sulla rete) che contiene una tabella con gli indirizzi preassegnati (o liberi) per i vari indirizzi fisici. Il invia quindi un pacchetto di risposta contenente l informazione desiderata. Il protocollo RARP si occupa solo di fornire un indirizzo IP. Altri due protocolli del livello Internet implementano un meccanismo per la configurazione automatica completa degli host, BootP (Bootstrap Protocol) e DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), funzionanti sempre sulla base di richieste effettuate in broadcast e raccolte da appositi. In particolare, il protocollo DHCP viene usualmente utilizzato dagli Internet provider per configurare automaticamente il collegamento Internet degli abbonati. In tal caso, l assegnazione degli indirizzi é effettuata in modo dinamico, scegliendo tra un elenco di indirizzi disponibili. A meno che non sia esplicitamente richiesto, un utente non avrá il solito indirizzo IP nei vari collegamenti. 12.3 IP (Internet Protocol) L Internet Protocol (IP) é il protocollo su cui si basa il livello Internet. Implementa un Connectionless Packet Delivery Service, ossia un servizio di trasmissione dei singoli datagrammi tra gli host, ed é caratterizzato dall essere non affidabile (non fornisce garanzie che il pacchetto inviato arrivi a destinazione) e dall essere connectionless, ossia senza connessione diretta (invia il pacchetto non preoccupandosi di che percorso seguirá). Il formato del datagramma IP é costituito, come al solito, da un intestazione (header) e da un campo dati, che conterrá i dati da inviare o una parte di essi, in pratica un pacchetto di un protocollo del livello superiore, fino a una lunghezza massima del datagramma di 65536 Byte. L header contiene tutta una serie di informazioni, tra cui tipo servizio: contiene codici relativi alla prioritá del pacchetto, alla possibilitá di frammentarlo o meno, ecc.; indicazioni sulla frammentazione: contiene un numero identificativo dei frammenti di un datagramma e del particolare frammento; tempo di vita (TTL: Time To Live) del datagramma: numero intero che viene decrementato ogni volta che il datagramma transita da un
CAPITOLO 12. SUITE DI PROTOCOLLI TCP/IP 87 router. Se viene raggiunto lo 0, il datagramma non viene ritrasmesso. Tale contatore serve ad impedire che datagrammi che non riescono a raggiungere l host destinazione continuino a transitare nella rete per un tempo indefinito; protocollo: identificativo del protocollo di piú alto livello contenuto nel blocco dati; indirizzi IP dell host sorgente e destinazione. Il protocollo IP si occupa solo della spedizione del datagramma (e del suo instradamento nella rete). La realizzazione di un meccanismo affidabile di comunicazione (ad esempio tramite controllo di errore e ritrasmissione) é demandata ad un livello superiore. Il datagramma, una volta formato, viene inviato nella rete. Se l host destinazione é nella stessa rete dell host sorgente, il datagramma viene inviato direttamente ad esso (direct routing). In caso contrario, il datagramma viene spedito ad una destinazione intermedia (gateway o router), che si occuperá del successivo instradamento verso la destinazione (indirect routing). L instradamento é deciso in base ad una tabella di routing, in cui sono specificati gli indirizzi delle reti direttamente connesse all host, gli indirizzi dei router da utilizzare per dati indirizzi della rete di destinazione, e router di default, da utilizzare nel caso in cui la rete di destinazione non faccia parte di quelle specificate. É infatti poco pratico specificare le destinazioni intermedie per tutte le reti esistenti. 12.4 ICMP (Internet Control Message Protocol) Il protocollo ICMP (Internet Control Message Protocol) implementa un meccanismo di segnalazione di errori sulla rete. É considerato parte integrante dell IP, necessario dal momento che il protocollo IP stesso non prevede grossi meccanismi di verifica, che, al contrario, possono essere richiesti dai livelli superiori. Il protocollo prevede l utilizzo di un datagramma il cui header contiene, tra le altre cose, un codice di errore. A tale codice vengono associati messaggi di eco (reinvio di dati al mittente, usato ad esempio dal programma ping), di destinazione non raggiungibile, richieste di rallentamento, ecc. ecc..