Reti di Calcolatori II Prof. Stefano Leonardi

Presentazione sul tema: "Reti di Calcolatori II Prof. Stefano Leonardi"— Transcript della presentazione:

1 Reti di Calcolatori II Prof. Stefano Leonardi Ricevimento: Venerdì, ore 11-13, Via Salaria 113, II piano, stanza 227 Prof. Luca Becchetti Ing. Andrea Vitaletti 4: Network Layer

2 Programma preliminare I
1. Indirizzamento IP: A classi CIDR – Classless Inter Domain Routing 2. Reti Private VPN NAT 3. Instradamento tra Sistemi autonomi BGP Il Grafo di Internet - Relazioni tra Autonomous Systems 4. IP Multicast 4: Network Layer

3 Programma preliminare II
L’accesso a ISP: BOOTP DHCP 6. Mobile IP 7. Gestione della rete – SNMP 8. Protocollo ICMP 9. IPv6 10. Esercitazioni di Laboratorio con Netkit: Simulazione e gestione di reti ad interconnessione Ing. Andrea Vitaletti 4: Network Layer

4 Testo di riferimento Douglas Comer Internetworking with TCP/IP
Quarta Edizione Volume I Addison Wesley, 2000 Versione Inglese consigliata e Materiale didattico a disposizione sul Sito web del corso 4: Network Layer

5 Indirizzamento a classi Indirizzamento senza classi
L’Indirizzamento IP Indirizzamento a classi Indirizzamento senza classi 4: Network Layer

6 Indirizzamento IP (v4) Indirizzo unico di 32 bit per ciascuna interfaccia presente nella rete Un host puo’ avere interfacce multiple Alcuni indirizzi possono essere assegnati piu’ volte --> VPN, NAT (piu’ avanti) Interfaccia --> scheda di rete Formato degli indirizzi A classi (classful) --> proposta originale Senza classi (classless) --> permette di risparmiare indirizzi 4: Network Layer

7 Indirizzamento IP Interfaccia: punto di connessione tra un host (o un router) e un link fisico I router di solito hanno interfacce multiple Gli host possono avere interfacce multiple Gli indirizzi IP sono associati alle interfacce, non agli host o ai router = 223 1 1 1 4: Network Layer

8 Indirizzamento IP Indirizzo IP :
/24 Indirizzo IP : Parte che identifica la rete (bit più sign.) Parte che identifica l’host (bit meno sign.) Cos’è una rete ? Insieme delle interfacce i cui ind. IP hanno la stessa parte che identifica la rete Possono raggiungersi reciprocamente senza l’ausilio di un router LAN Rete che consiste di 3 reti IP (primi 24 bit identificano la rete IP) 4: Network Layer

9 Indirizzamento IP Come trovare le reti?
Staccare ciascuna interfaccia dall’host o router cui appartiene Creare “isole” (ciascuna isola è una rete IP) Sistema interconnesso di 6 reti IP 4: Network Layer

10 Indirizzi IP - formato classful
Classe a A rete host B a 10 rete host a C 110 rete host a D 1110 Indirizzo multicast a E 11110 Riservato 32 bit 4: Network Layer

11 Convenzioni per il broadcast
Broadcast verso la rete cui l’interfaccia appartiene Tutti i bit a 1 (prefisso di rete + host) Broadcast verso gli host di un’altra rete Prefisso di rete valido Bit della parte host dell’indirizzo a 1 Non standard: bit della parte host a 0 Un broadcast IP si traduce (se possibile) in un broadcast Hw sulla rete di destinazione 4: Network Layer

12 Vantaggi dell’indirizzamento a classi
Indirizzo della rete e dell’host (interfaccia) identificati senza ulteriori informazioni Es.: primi 3 bit > indirizzo di classe C Non servono informazioni aggiuntive 110 host Rete 4: Network Layer

13 Svantaggi dell’indirizzamento a classi
Problema: potenziale spreco di indirizzi Esempio: Rete con 2000 host Occorre richiedere una rete di classe B -> circa indirizzi inutilizzati Soluzione (RFC 1519): Classless Interdomain Routing Piu’ avanti 4: Network Layer

14 Assegnazione di indirizzi IP
Tutti gli host sulla stessa rete hanno lo stesso prefisso di rete Prefissi assegnati da un’autorita’ centrale Richiesti dall’ISP o istituzione ecc. Ogni host (interfaccia) su una rete ha un suffisso distinto Assegnato localmente L’amministratore di rete garantisce l’unicita’ 4: Network Layer

15 Alcune questioni aperte
Multicast Trasferimento 1 --> molti Molte proposte ma ancora nessuno standard diffuso Discusso piu’ avanti Host multi-homed Es.: utenti mobili Piu’ indirizzi possibili 4: Network Layer

16 Problema principale Notevole spreco di indirizzi soprattutto in classe B Assegnazione dello stesso prefisso di rete a più reti fisiche: Ridefinire le politiche di instradamento Ridefinire le politiche di assegnazione degli indirizzi agli Host 4: Network Layer

17 Soluzioni Router trasparenti ARP proxy Indirizzamento di sottorete
Reti anonime punto-punto Indirizzamento senza classi (CIDR - Classless Inter-Domain Routing) --> Reti odierne 4: Network Layer

18 Router trasparenti Rete locale H1 H1, H2 E H3 “credono” di essere connessi direttamente alla WAN La rete locale non ha un proprio prefisso IP R H2 WAN H3 R demultipla i datagrammi da e per la rete locale R suddivide gli indirizzi IP in porzioni che interpreta separatamente Si impone a volte una struttura particolare dell’indirizzo per favorire la multiplazione 4: Network Layer

19 Esempio: ARPANET Indirizzo di rete in forma 10.p.u.i
Rete locale PSN 37 ARPANET Indirizzo di rete in forma 10.p.u.i p-->port, i--> PSN, x non interpretato Nota: e > stesso host 4: Network Layer

20 Vantaggi/svantaggi Vantaggi Svantaggi Necessari meno indirizzi di rete
Possibile bilanciamento del carico collegando la rete fisica attraverso più routers Svantaggi Non funziona con reti di classe C I router trasparenti possono non offrire tutti i servizi standard (ICMP, SNMP….) 4: Network Layer

21 ARP proxy (promiscuo, hack)
Permette di definire piu’ reti locali Rete principale nota all’esterno Reti locali aggiunte successivamente nascoste Router speciale che: Funziona da switch tra le diverse reti locali Funziona da router da/verso l’esterno 4: Network Layer

22 ARP proxy - cont. Dgram IP1-->IP4
principale nascosta IP1 IP4 R IP2 IP5 IP3 IP6 Dgram IP1-->IP4 R cattura richiesta ARP bcast di H1 e restituisce proprio MAC address Datagrammi da IP1 a IP4 sono spediti a R che li inoltra a IP4 4: Network Layer

23 Vantaggi/svantaggi Vantaggi Svantaggi
Le tabelle degli altri router non vanno cambiate Es.: quando si aggiunge la rete contenente IP4 i router diversi da R devono solo sapere che i pacchetti per IP4 vanno inviati a R Svantaggi L’instradamento non e’ completamente automatico Gli amministratori di rete devono aggiornare manualmente le tabelle di routing Spoofing: una macchina finge di essere un’altra per intercettare i pacchetti Non puo’ essere usato in assenza di ARP 4: Network Layer

24 Indirizzamento di sottorete
Tecnica standardizzata Spesso usata su reti di classe B Idea Router (R) responsabile dell’instradamento da/verso l’esterno R conosce la suddivisione della rete in sottoreti L’esterno “vede” un’unica rete, accessibile da R 4: Network Layer

25 Esempio Le reti 128.10.1.0 e 128.10.2.0 non sono visibili all’esterno
Rete Internet R Rete Traffico verso Le reti e non sono visibili all’esterno R interpreta gli indirizzi di dest. dei datagrammi provenienti dall’esterno 4: Network Layer

26 Suddivisione indirizzo (classe B)
Prefisso di rete Indirizzo host Suddivisione dell’indirizzo vista dall’esterno Rete locale host Prefisso di rete Suddivisione dell’indirizzo vista dal R La suddivisione puo’ non essere per ottetti Possibilita’ di indirizzamento gerarchico 4: Network Layer

27 Esempio R2 deve sapere quanti bit individuano il prefisso della rete 3
Resto di Internet R1 Rete 1 R2 R3 Rete 3 Rete 2 R2 deve sapere quanti bit individuano il prefisso della rete 3 Il resto di Internet ignora l’esistenza di R2 e R3 4: Network Layer

28 Sottoreti di lunghezza fissata
La stessa maschera è usata per tutte le reti: Vantaggi: Uniformità Facilità di gestione Svantaggi Numero di reti fissato per l’intera organizzazione Massimo numero di hosts per rete fisica fissato. 4: Network Layer

29 Sottoreti di lunghezza variabile
L’amministratore sceglie la dimensione di ogni rete fisica Una maschera è assegnata ad ogni rete specifica Vantaggi: Flessibilità di unire reti grandi e piccole Uso completo dello spazio degli indirizzi Svantaggi Difficoltà di assegnazione ed amministrazione Possibile ambiguità nell’indirizzamento Diversi instradamenti 4: Network Layer

30 Esempiodi uso dello spazio di indirizzamento
Possibile assegnamento che usa il 92.9% degli indirizzi 11 reti di 2046 hosts 24 reti di 254 hosts 256 reti di 126 hosts 4: Network Layer

31 Tabelle di routing Le tabelle di routing devono essere modificate
Generica entry: (M, D, H) Significato dei campi D --> indirizzo rete di destinazione H --> indirizzp prox. router lungo il percorso verso Dest M --> maschera: campo di 32 bit che consente di delimitare il prefisso di rete 4: Network Layer

32 Tabelle di routing - cont.
………. ………… I I+1 Esempio: Risolvere indirizzo Prova entry I: AND bit a bit con da’ ≠ Prova entry I+1: AND bit a bit con da’ > prox. salto e’ 4: Network Layer

33 Algoritmo di instradamento
T:tabella di routing, I: indirizzo da risolvere for (i=0; i<|T|; i++) { if ((I && Mi)==Di) { <Next hop> = Hi; break; } /* Nessuna corrispondenza in T */ Errore; 4: Network Layer

34 Maschere di sottorete Sono consentite maschere arbitrarie
Soluzione solitamente scelta (non e’ una scelta obbligata): Numero costante di bit della parte locale per individuare la sottorete Allocazione contigua Esempio: data la rete , gli 8 bit piu’ significativi della parte locale per la sottorete e gli 8 bit meno significativi per l’host In questo caso la maschera di sottorete sarebbe 4: Network Layer

35 Esempio Usa i 16 bit inferiori di per definire le sottoreti: Crea 7 sottoreti: Subnet 1 254 hosts Subnet mask: 24 bits Subnet da 2 a 7 62 hosts ognuna Subnet mask di 26 bits 4: Network Layer

36 Esempio Subnet 1 (254 hosts) mask: 11111111 11111111 11111111 0000000
prefix: Subnet 2 (62 hosts) mask: prefix: Subnet 3 (62 hosts) prefix: 4: Network Layer

37 Esempio Subnet 4 (up to 62 hosts)
mask: prefix: Subnet 5 (up to 62 hosts) prefix: Subnet 6 (up to 62 hosts) prefix: 4: Network Layer

38 Esempio Subnet 7 (62 hosts) mask: 11111111 11111111 11111111 11000000
prefix: 4: Network Layer

39 Ambiguità degli Indirizzi
Indirizzo dell’host 63 sulla subnet 1 è mask: prefix: host: broadcast diretto su subnet 4 è mask: bcast: 4: Network Layer

40 Ambiguità degli Indirizzi cont.
Broadcast diretto su subnet 1 è mask: prefix: bcast: Broadcast diretto su subnet 7 è mask: prefix: 4: Network Layer

41 Reti anonime punto-punto
Reti in serie non-numerate Vi sono solo due endpoints Non è necessario assegnare un prefisso di rete Si usa l’IP remoto per indicare il next hop nella tabella di Routing 4: Network Layer

42 Esempio 4: Network Layer

43 Classless Inter Domain Routing CIDR
4: Network Layer

44 Indirizzamento senza classi
Detto anche di super-rete (super-netting) Motivazioni: Pochi indirizzi di classe A e B disponibili Molti indirizzi di classe C disponibili, ma piccola frazione assegnata Obiettivo: assegnare soprattutto indirizzi di classe C Soluzione: CIDR (Classless Inter-Domain Routing) 4: Network Layer

45 crescita di Internet Il numero delle reti raddoppia ogni nove mesi (crescita esponenziale) spazio degli indirizi già assegnato [fonte: RFC 1917 feb ‘96]: classe A: 41% classe B: 62% classe C: 28% complessivo: 41% più della metà delle reti in classe B ha meno di 50 host La scarsità degli indirizzi ha l’effetto di ingigantire le tabelle di instradamento. Infatti, poiché l’offerta di indirizzi della classe B diminuisce, la richiesta di indirizzi della classe C aumenta e le reti indipendenti si moltiplicano 4: Network Layer

46 Indirizzamento senza classi
Problema: una rete di classe C corrisponde a 256 indirizzi IP Molte organizzazioni hanno bisogno di piu’ indirizzi Soluzione: assegnare ad una stessa organizzazione blocchi contigui di indirizzi in classe C Esempio: l’organizzazione X riceve i tre blocchi contigui x, x e x 768 indirizzi disponibili Richiederebbe numerosi instradamenti diversi per raggiunger una rete 4: Network Layer

47 Indirizzamento senza classi
Come rappresentare il blocco di indirizzi assegnati? Informazioni necessarie: indirizzo + basso del blocco e No. Blocchi In pratica: CIDR non prevede che gli indirizzi di rete debbano necessariamente essere di classe C CIDR usa le seguenti informazioni: Valore a 32 bit dell’indirizzo piu’ basso del blocco Maschera a 32 che funziona come una maschera di sottorete standard 4: Network Layer

48 Differenze rispetto a indizzamento con sottorete
L’indirizzamento CIDR prevede che la maschera usi bit contigui CIDR richiede che ogni blocco di indirizzi sia una potenza di 2 Esempio: e’ una maschera di sottorete valida ma non e’ una maschera CIDR consentita 4: Network Layer

49 Notazione CIDR Prefisso della rete + No. bit per il prefisso Esempio: per un blocco di indirizzi da a : /17 4: Network Layer

50 Esempio Un ISP riceve il blocco di indirizzi 210.20.128.0/17
L’ISP crea (ad esempio) 128 reti da 256 indirizzi IP ciascuna: /24 /24 ………… La maschera di rete che corrisponde al blocco principale e’ Ciascuno dei sotto-blocchi ha maschera 4: Network Layer

51 Instradamento con CIDR
Indirizzi con classi sono auto-identificanti Indirizzamento senza classi: occorre separare il prefisso di rete dall’indirizzo dell’host Esempio: arriva Dgram con IP destinazione Qual e’ il prefisso di rete? Non e’ possibile stabilirlo a priori se si usa la convenzione CIDR Le reti sono allocate in modo da rendere più probabile l’aggregazione delle tabelle di instradamento 4: Network Layer

52 Instradamento con CIDR - cont.
La tabella di routing ha la forma: (Mask, Dest. network, Next hop) Si tentano le entry in ordine decrescente di lunghezza delle maschere Quelle con la maschera piu’ lunga prima L’AND della destinazione e della Mask deve restituire l’indirizzo di base. Esempio: indirizzo La tabella contiene 2 entry, corrispondenti alle destinazioni /24 e /17 L’entry giusta e’ la prima, corrispondente al prefisso comune piu’ lungo (longest prefix matching) 4: Network Layer

53 Esempio di aggregazione
4: Network Layer

54 Esempio di Instradamento
4: Network Layer

55 Riassunto vincoli di aggregazione
4: Network Layer

56 Allocazione accorta degli indirizzi ip
4: Network Layer

57 Allocazione accorta degli indirizzi ip
Si allocano alla stessa organizzazione reti possibilmente contigue Se l’organizzazione afferisce ad internet tramite un solo collegamento, sarà possibile aggregare da quel punto in poi molte linee delle tabelle di instradamento esempio: se un’organizzazione ha necessità di 2000 indirizzi ip, le vengono allocati 2048 indirizzi (8 reti in classe C contigue) se un’organizzazione ha necessità di 8000 indirizzi ip, le vengono allocati 8192 indirizzi (32 reti in classe C contigue) 4: Network Layer

58 Esempio di allocazione CIDR
4: Network Layer

59 Esempio di allocazione CIDR (cont)
4: Network Layer

60 Implementazione Tradizionali Tabelle usano funzioni Hash che forniscono il prossimo hop corrispondente af ogni destinazione Soluzione elementare in CIDR: ricerca iterativa sulle maschere in ordine di lunghezza decrescente Per CIDR si usano invece strutture di ricerca ad albero binario Ogni percorso dalla radice ad una foglia corrisponde ad un possibile prefisso In pratica, la ricerca del prefisso comune piu’ lungo avviene in memoria principale 4: Network Layer

61 Esempio Tabella (solo destinazioni indicate):
Indirizzo a 32 bit Pref. univoco 4: Network Layer

62 Esempio - cont. Ricerca dell’indirizzo 01010010.x.y.z
1 1 1 1 1 1 1 1 Ricerca dell’indirizzo x.y.z Ogni foglia corrisponde a una destinazione della tabella di routing 4: Network Layer

63 Implementazione Le foglie dell’albero contengono sia un indirizzo di destinazione che una maschera Una volta giunti ad una foglia dell’albero si verifica che l’AND tra indirizzo e Maschera sia esattamente la rete di destinazione Gli alberi binari di ricerca aiutano nel determinare quale entry sono possibili 4: Network Layer

64 Prefissi di Rete Il procdimento e’ corretto se nessun prefisso di rete ha un altro prefisso di rete come prefisso Tutti le entry sono foglie dell’albero In realtà le tabelle spesso contengono informazioni promiscue sull’instradamento sia verso le reti che verso le sottoreti. Occorre quindi determinare il prefisso piu’ lungo che corrisponde con l’indirizzo che si desidere risolvere. Si possono quindi avere entry della tabella anche ai nodi interni dell’albero 4: Network Layer

65 Esercizio Considerate un’allocazione di blocchi di classe C tale che che l’indirizzo di base è un multiplo del numero di indirizzi da allocare e tutti gli indirizzi del blocco non sono allocati. Verificare che nessun indirizzo base e’ un prefisso di un altro indirizzo base. 4: Network Layer

66 Esercizio 1 su aggregazione CIDR
Si consideri un router che ha la seguente tabella di instradamento: Indirizzo Netmask Linea Interfaccia 1 Interfaccia 2 Interfaccia 2 Interfaccia 2 Interfaccia 2 Interfaccia 2 Interfaccia 2 si mostri come tale tabella potrebbe essere compressa se il router adottasse lo standard CIDR 4: Network Layer

67 Soluzione 4: Network Layer

68 Esercizio 2 su aggregazione CIDR
Si consideri un router che ha la seguente tabella di instradamento già parzialmente aggregata: Indirizzo Netmask Linea Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 si mostri come tale tabella potrebbe essere ulteriormente compressa in accordo con lo standard CIDR 4: Network Layer

69 Soluzione 4: Network Layer

70 Esercizio 3 su aggregazione CIDR
Si comprima con CIDR la seguente tabella di instradamento: Indirizzo Netmask Linea Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 2 Interfaccia 1 Interfaccia 1 4: Network Layer

71 Soluzione 4: Network Layer

72 Soluzione 4: Network Layer