Indirizzamento ed Instradamento Introduzione

Indirizzamento ed
Instradamento
Adelmo De Santis
1
Introduzione
2
1
Introduzione
Reti di calcolatori
• Sono insiemi di calcolatori, distribuiti geograficamente che possono scambiare
dati ed informazioni tra di loro.
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Introduzione
Reti di calcolatori
• Internet: è una rete di reti.
4
2
Introduzione
Protocolli
• Comunicazione possibile se basata su REGOLE per lo scambio dei dati e
per il loro controllo -> PROTOCOLLI
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Introduzione
Protocolli
• Uno dei primi protocolli di tipo layered nato nei primi anni ‘70;
• Protocollo di tipo «open»
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3
Introduzione
Protocolli
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Introduzione
Protocolli
8
4
Introduzione
Protocolli
9
Introduzione
Indirizzamento
• Il modello ISO/OSI descrive il processo di codifica, formattazione, segmentazione
e incapsulamento dei dati.
• Ogni frammento di dati che viene immesso nella rete deve avere un indirizzo
sorgente ed un indirizzo destinazione.
• Ci sono differenti tipologie di indirizzi che sono coinvolte nell’indirizzamento dei
dati in una comunicazione.
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5
Introduzione
Indirizzamento – Host Physical Address - MAC
• Media Access Control
• Si occupa dell’accesso alla risorsa contesa: IL CANALE DI COMUNICAZIONE
• Molto importante in ambito Wireless
• Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
• Se una stazione ha dati da trasmettere, ascolta il canale:
• Canale libero -> trasmissione dei dati
• Canale occupato –> attesa
• Collisione -> attesa per un tempo casuale e ascolto del canale
• Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
• Collisione: le stazioni rilevano la collisione, interrompono la trasmissione
e attendono un tempo casuale prima di impegnare nuovamente il canale.
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Introduzione
Indirizzamento – Host Physical Address - MAC
• Fa parte del PDU di Layer 2 (FRAME);
• Indirizzo del destinatario sul mezzo FISICO;
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6
Introduzione
Indirizzamento – Indirizzo di Livello 3 - IP
• Schema di indirizzamento che consente di scambiare dati tra dispositivi che
fanno capo a RETI differenti;
• Sono gestiti da apparati di livello 3 (router) che analizzano l’indirizzo IP
determinano dove debbono andare i dati ed effettuano la loro spedizione.
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Introduzione
Indirizzamento – Indirizzo di Livello 4 – TCP/UDP
• Sono indirizzi che consentono di fare arrivare i dati alle corrette applicazioni
sulla macchina destinatario.
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7
Standar 802.3
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Tecnologia di Base
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8
Rete Semplice
• Può essere realizzata attraverso la creazione di un «bus» condiviso.
•
Topologia: BUS – Tecnologia: 10 Base 2/5
• Utilizzava un cavo coassiale con impedenza 50 ohm
• Tutti i calcolatori sullo stesso BUS
• Dorsali realizzate con cavo «thick ethernet» a bassa perdita
• Molto problematica (collisioni)
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Rete Semplice
• Basata su «segmenti» lunghi massimo 185 metri.
• Estensione di copertura attraverso «repeater»
• Dispositivi semplici che amplificano il segnale
• Utilizzo di BRIDGE per segmentare la rete e ridurre i domini di collisione
• Numero limitato di nodi nella rete.
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9
Rete Semplice
• Topologia STELLA – Tecnologia 10 Base T
• Utilizza concentratori HUB (attivi – passivi – intelligenti);
• Ripetitori MULTIPORTA
• Migliori prestazioni derivano dal nuovo layer fisico;
• Minore lunghezza di segmento: 100m
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Rete Semplice
• Topologia STELLA – STELLA ESTESA – Tecnologia 10 Base T
• Utilizza concentratori SWITCH
• Bridge Multiporta
• Ottime prestazioni e possibilità di crescita.
• Standard consolidato.
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10
Rete Semplice
• Differenze sostanziali tra SWITCH e HUB
• Differenze enormi tra switch e switch sulla base dei costi:
• Capacità di commutazione
• Possibilità di configurazione
• Affidabilità nel lungo periodo
• Caratteristiche avanzate e supporto di protocolli enterprise.
• Switch entry level di buon livello circa 110 euro (16 porte): 6,8 euro/porta
• Switch medium level 24 porte gigabit 620 euro: 25 euro/porta
• Switch enterprise level 48 port gigabit 4300 euro: 90 euro/porta
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Rete Semplice
• Switch – Come sono fatti?
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Indirizzamento IP
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 - caratteristiche
• Protocollo di tipo «connectionless»;
• Best Effort Delivery -> nessun overhead per il controllo di consegna;
• Media Independent;
• Unreliable Protocol (protocollo inaffidabile):
non ha la capacità di gestire e recuperare pacchetti errati o persi.
• Studiato per massimizzare la velocità ed il carico di processamento.
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 - pacchetto
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP
• Indirizzo IP unico per ogni dispositivo presente in rete ( …);
• Lunghezza: 32 bit rappresentazione: dotted decimal form
•Nell’indirizzo si possono identificare due parti:
network: è invariato per tutti gli host che appartengono alla stessa rete;
host: la lunghezza di questo campo determina la grandezza della rete;
• Network Address: indirizzo che indica la rete;
• Broadcast Address: indirizzo speciale, invia dati a tutti gli hosts della rete;
• Host Address: Indirizzo assegnato ai dispositivi finali della rete (PC o altro);
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP - Tipologie
• Come riconoscere la «network portion» in un indirizzo IP?
Indicazione «prefix length» - Il numero dei bit della porzione di rete.
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP - Tipologie
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP - Tipologie
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP - Tipologie
• Esempio 1
Network address:
193.205.130.0/24
Netmask
255.255.255.0
Broadcast address
193.205.130.255
Host:
193.205.130.33
• Esempio 2 (subnetting)
Network address
193.205.130.0/28
Netmask
255.255.255.240
Broadcast address
193.205.130.15
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP - Tipologie
• Esempio 1 (supernet)
Network address
193.205.129.0/20
Netmask Address
255.255.240.0
Real Network:
193.205.128.0/20
BroadCast
193.205.143.255
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Tipologie di trasmissione
• UNICAST
invio dei dati da un host ad un altro host direttamente;
il campo «destination address» è istanziato con l’indirizzo del destinatario;
• BROADCAST
Invio dei dati a tutti gli host di una stessa RETE;
utilizzo di un indirizzo destinazione speciale;
usato per applicazioni speciali, tipicamente query.
• MULTICAST
Invio di un solo pacchetto per soddisfare tanti host;
I client multicast devono effettuare una sottoscrizione al servizio;
Protocolli ausiliari;
Conservazione della banda.
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP – Indirizzi Riservati
• Segmento MULTICAST (RFC 790)
224.0.0.0 -> 239.255.255.255
• Segmento SPERIMENTALE (RFC 1700 e 3330)
240.0.0.0 -> 255.255.255.254
• Blocchi di indirizzi PRIVATI (RFC 1918)
10.0.0.0 -> 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
172.16.0.0 -> 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
192.168.0.0 -> 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP – Indirizzi Riservati
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv4 – Indirizzamento IP – Indirizzi Speciali
• Indirizzo LOCALHOST
Indirizzo speciale utilizzato per inviare dati su se stessi;
Indirizzo di loopback;
127.0.0.1;
• Indirizzi LINK-LOCAL
Rete 169.254.0.0/16
Assegnati automaticamente dal sistema operativo ad host;
TTL=1
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv6 – Introduzione
• Sviluppato per fare fronte all’esaurimento degli indirizzi IPv4;
• Migliora notevolmente il protocollo precedente aggiunge nuove caratteristiche;
• Integrazione della sicurezza;
• QoS
• Maggiore scalabilità
• Campo indirizzi a 128 bit: 2 *10^38 nodi indirizzabili!!
• Header «dinamico» ed estensibile!
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv6 –
• Non semplice migrare lo spazio di indirizzamento prevedere condivisione:
• Dual stack IPv4 e IPv6;
• IPv6 over IPv4 ( 6to4 tunneling);
• Rappresentazione degli indirizzo:
• sono divisi in 8 segmenti da 16 bit (32 simboli esadecimali);
• gli zeri iniziali sono opzionali;
• gli zeri possono essere rappresentati da «::» solo 1 volta;
FF01:0:0:0:0:0:0:1 -> FF01::1 !!
• Stateless Autoconfiguration
• Caratteristica «plug’n play» che consente connessione automatica
ad una rete
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv6 – Indirizzi UNICAST, MULTICAST, ANYCAST
• Unicast: identifica una interfaccia di un dispositivo;
• Link-local
propri di un solo LINK (scope ridotto);
ogni dispositivo deve avere ALMENO un link-local.
FE80::/10
automatic network discovery
• Global Unicast
sono unici a livello globale e possono essere instradati;
Unlimited Scope
• Multicast: rimpiazza il broadcast del protocollo IPv4
• Aumento della efficienza di trasmissione dati;
• Anycast: identifica una lista di nodi e quindi interfacce multiple.
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Indirizzamento IP
Protocollo IPv6 – Mobilità
• Mobile IP: consente ad un dispositivo mobile di muoversi attraverso le reti senza
interrompere la comunicazione.
• Caratteristica NATIVA di IPv6;
• Sono introdotti header aggiuntivi per migliorare il funzionamento;
• La autoconfigurazione ed il neighbor discovery aumentano efficienza;
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Instradamento IP
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Indirizzamento IP
Instradamento IP - Terminologia
• WAN – Wide Area Network
• rete per lo scambio dati che si estende su una regione geografica vasta
• opera a livello 1 e 2
• utilizza infrastrutture di comunicazione appartenenti a dei «carrier»
• utilizzano diversi livelli di incapsulamento a livello data link:
• HDLC (High Level Data Link Control);
• Frame Relay
• Point to Point Protocol (PPP)
• LAPB / LAPD
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Indirizzamento IP
Instradamento IP - Terminologia
traceroute to www.ebay.com (66.135.200.161), 30 hops max, 40 byte packets
1
193.205.128.1 (193.205.128.1)
2
193.205.131.42 (193.205.131.42)
0.263 ms
0.267 ms
0.281 ms
3
193.205.131.33 (193.205.131.33)
0.588 ms
0.589 ms
0.580 ms
4
ru-unian-re1-an.an.garr.net (193.206.140.193)
5
re1-an-rx1-bo1.bo1.garr.net (90.147.81.5)
6
rx1-bo1-rx1-mi1.mi1.garr.net (90.147.80.109)
7
rx1-mi1-r-mi1.mi1.garr.net (90.147.80.93)
8
xe-0-3-2.csr1.lin1.gblx.net (208.50.25.117)
(64.215.30.89)
9
8.016 ms
0.486 ms
0.586 ms
0.693 ms
0.558 ms
8.738 ms
0.529 ms
8.734 ms
11.426 ms
7.663 ms
0.449 ms
8.757 ms
10.927 ms
6.907 ms
10.879 ms
6.892 ms
8.053 ms xe-0-3-1.csr1.lin1.gblx.net
8.055 ms
xe5-2-0-10G.scr1.FRA4.gblx.net (67.16.138.49)
10
lag1.ar4.fra4.gblx.net (67.16.145.238)
11
sprint-1.ar3.fra4.gblx.net (64.215.195.210)
16.702 ms
15.974 ms
16.739 ms
19.411 ms
16.356 ms
16.703 ms
23.920 ms
17.026 ms
17.014 ms
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21
Indirizzamento IP
Instradamento IP - Terminologia
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router
• Hanno porte LAN e WAN;
• Lavorano a livello 3 ISO OSI;
• Sono interconnessi a livello 2;
• Sono apparecchiature dedicate all’instradamento di dati in una rete;
•Possono avere sistema operativo:
• Generico (Linux – Windows – BSD - …);
• Dedicato (Cisco IOS, Juniper JunOS, …);
•Decidono su quale interfaccia inviare i dati a seconda:
• della configurazione;
• di algoritmi di instradamento;
• tabelle di ROUTING.
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Instradamento
• Processo utilizzato dal router per inoltrare i pacchetti verso la rete di destinazione;
• Processo decisionale effettuato sulla base dell’indirizzo IP di destinazione;
• Il router deve sapere «la strada» per raggiungere una destinazione: rotta
• Statica;
• Dinamica;
• Le rotte vengono scelte sulla base di
longest match
administrative distance
metric
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Instradamento – Longest Match
• Pacchetto con destinazione: 192.168.31.3
Destinazione
Netmask
Gateway
Interfaccia
193.205.130.0
255.255.255.0
0.0.0.0
Eth0
192.168.16.0
255.255.240.0
192.168.16.1
Eth1
192.168.31.0
255.255.255.0
192.168.31.254
eth2
Destinazione
1100 0000
1010 1000
0001 1111
0000 0011
1 entry
1100 0001
1100 1101
1000 0010
0000 0000
2 entry
1100 0000
1010 1000
0001 0000
0000 0000
3 entry
1100 0000
1010 1000
0001 1111
0000 0000
• In caso si abbiano più destinazioni che hanno lo stesso match si confrontano
gli altri parametri : distanza amministrativa e metrica.
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Statico
• Tipicamente usate in reti di piccole dimensioni;
• Aggiornate manualmente ad ogni cambiamento della topologia di rete;
• Aggiornamento delle rotte con comandi sistema operativo:
Ip route 172.16.3.0 255.255.255.0 s0
(interfaccia)
ip route 172.16.3.0 255.255.255.0 172.16.2.1 (netx hop)
/sbin/ip route add 192.168.64.0/24 via 193.205.130.251 dev eth0
/sbin/ip route add 193.205.128.52 via 193.205.130.254 dev eth0
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Statico
•Rotta predefinita
• Consente di inoltrare pacchetti la cui destinazione non corrisponde a
nessuna delle rotte inserite;
• Si tratta a tutti gli effetti di una rotta statica «particolare»
• Utilizza un indirizzo «cacth all» verso il «default gateway»
Destination
Gateway
193.205.128.52
193.205.130.254 255.255.255.255 UGH
Genmask
Flags Metric Ref
0
0
Use Iface
193.205.130.0
0.0.0.0
255.255.255.0
U
0
0
0 eth0
192.168.20.0
192.168.31.254
255.255.255.0
UG
0
0
0 eth0
0.0.0.0
193.205.128.1
0.0.0.0
UG
0
0
0 eth1
0 eth0
48
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Statico
49
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Cisco 7204 VXR
50
25
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
51
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Juniper M7i
52
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
53
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Juniper M10
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27
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Juniper Mx80
55
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
57
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
58
29
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Cisco 7513
59
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
60
30
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers – Cisco 7513
61
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
62
31
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – I routers!
63
Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Dinamico
• Risolve il problema dell’aggiornamento manuale delle tabelle in grandi reti;
• Protocolli di routing dinamico (instradamento dinamico…);
• Interior Gateway Protocols
• RIP
routing information protocol
• OSPF
open shortest path first
• EIGRP
Enhanced Interior Gateway Protocol
• IS-IS
Intermediate system to intermediate system
• Exterior Gateway Protocols
• BGP
Border Gateway Protocol
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Dinamico – Protocolli di Routing
• Sono basati su algoritmi differenti:
• Distance Vector (Bellman-Ford)
RIP
• Link-State (Djiskra)
OSPF – IS-IS
• Advanced Distance Vector
BGP
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Routing Dinamico – Protocolli di Routing
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Protocolli Distance Vector
• Non conosce la topologia della rete nella sua interezza;
• Stabilisce un vettore (direzione e lunghezza) verso ogni destinazione;
• I router pubblicano la loro INTERA routing table periodicamente;
• Instradamento Classful senza supporto per VLSM;
• Metrica Molto semplice;
• Lenta convergenza!
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Protocolli Link-State
• Conoscenza completa della rete: topologia e connessioni dei router;
• Costruzione di un database topologico;
• Costruzione di un albero (SPF) per il calcolo dell’accessibilità della rete;
• Scambio di informazioni tra router attraverso LSA (Link State Advertisments);
• Algoritmo «pesante» per processore e memoria;
• Consumo di banda per il continuo scambio di informazioni tra router;
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Indirizzamento IP
Instradamento IP – Router – Protocolli Link-State – Open Shortest Path First
• Protocollo Link-State veloce ed accurato;
• Piuttosto complesso nel funzionamento ma ottimo per didattica e reti.
• Router scambiano «hello packets» per formare delle «adiacenze»;
• Quindi inviano periodicamene degli LSA che sono «flooded» a tutti i vicini;
• Tutti i router della stessa AREA hanno lo stesso database di conoscenza;
• Sulla base dati viene eseguito SPF per creare degli alberi verso ogni
destinazione nota. I percorsi migliori (best paths) sono nella routing table.
• Lo standard definisce:
• 5 diverse tipologie di rete
• 5 diversi tipi di pacchetti scambiati tra i routers;
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