Retidi calcolatori©2001-2007 Pier Luca Montessoro (sivedala notadi copyright allaslide n. 2)1Protocollidel livellonetworke funzionamentodel protocolloIP

(1)

RETI DI CALCOLATORI

Prof. PIER LUCA MONTESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine

© 2001-2007 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2 Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà dell’autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine.

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Nota di Copyright

Lezione 24

Protocolli del livello network e funzionamento del protocollo IP

Lezione 24: indice degli argomenti

• Indirizzi IP e indirizzi MAC: il protocollo ARP

• Protocolli di routing

• autonomous systems

• IGP: Interior Gateway Protocol

• EGP: Exterior Gateway Protocol

• IPv6

Indirizzi IP e indirizzi MAC:

il protocollo ARP

Indirizzi IP e indirizzi MAC

• Indirizzo conosciuto dall’applicazione:

• IP

• Indirizzo necessario per spedire un messaggio su una LAN:

• MAC

• Come trovare la corrispondenza tra

indirizzi di livello 3 e indirizzi di livello 2?

(2)

ARP: Address Resolution Protocol

• Sfrutta la trasmissione broadcast delle LAN

• Viene inviato in broadcast (MAC DSAP FF-FF-FF-FF-FF-FF) un pacchetto contenente l’indirizzo IP di cui si cerca il corrispondente MAC

• Tutte le stazioni leggono il pacchetto, quella interessata risponde

ARP: Address Resolution Protocol

172.16.1.38 08-00-2B-92-30-03

172.16.1.39 08-00-2B-BC-17-24

172.16.1.40 08-00-2B-09-56-8A

DEVO INVIARE UN MESSAGGIO A

172.16.1.40

ARP: Address Resolution Protocol

172.16.1.38 08-00-2B-92-30-03

172.16.1.39 08-00-2B-BC-17-24

172.16.1.40 08-00-2B-09-56-8A MAC DSAP = FF-FF-FF-FF-FF-FF

IP cercato = 172.16.1.40 pacchetto ARP

MA SONO IO!

ARP: Address Resolution Protocol

172.16.1.38 08-00-2B-92-30-03

172.16.1.39 08-00-2B-BC-17-24

172.16.1.40 08-00-2B-09-56-8A MAC DSAP = 08-00-2B-92-30-03 MAC cercato = 08-00-2B-09-56-8A

pacchetto ARP di risposta

BENE, ORA SO COME INVIARE

IL MESSAGGIO

ARP: Address Resolution Protocol

172.16.1.38 08-00-2B-92-30-03

172.16.1.39 08-00-2B-BC-17-24

172.16.1.40 08-00-2B-09-56-8A MAC DSAP = 08-00-2B-09-56-8A

IP DSAP = 172.16.1.40 messaggio

Esempio

Ethernet

Ethernet WiFi

linea ISDN per backup

PVC ATM

rete 172.16.0.0 netmask 255.255.255.0

router

router layer II switch router

(3)

router

router layer II switch router 172.16.1.1

172.16.1.1 172.16.1.2 172.16.1.2

172.16.1.254 172.16.1.254 172.16.1.3 172.16.1.3

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254

172.16.3.1 172.16.3.1 172.16.3.254

172.16.3.254

172.16.3.253 172.16.3.253

172.16.3.252 172.16.3.252 172.16.3.2

172.16.3.2

172.16.3.3 172.16.3.3

172.16.4.253 172.16.4.253 172.16.4.254 172.16.4.254

172.16.5.254 172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Indirizzamento IP

router

172.16.1.1 172.16.1.2 172.16.1.2

172.16.1.254 172.16.1.254 172.16.1.3 172.16.1.3

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254

172.16.3.1 172.16.3.1 172.16.3.254

172.16.3.254

172.16.3.253 172.16.3.253

172.16.3.252 172.16.3.252 172.16.3.2

172.16.3.2

172.16.3.3 172.16.3.3

172.16.4.253 172.16.4.253 172.16.4.254 172.16.4.254

172.16.5.254 172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

La stazione 172.16.1.3 conosce:

• il proprio indirizzo IP

• la netmask (255.255.255.0)

• il default gateway (172.16.1.254)

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08-08-0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 0808--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

La stazione 172.16.1.3 confronta il proprio indirizzo IP con quello di destinazione (172.16.3.1) mascherando il risultato con la netmask.

Risultato: scopre che la destinazione è su una diversa subnet.

Quindi è necessario usare il router.

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08-08-0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 0808--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

La stazione 172.16.1.3 invia un ARP,

in broadcast, per scoprire l’indirizzo MAC

di 172.16.1.254.

(4)

router

172.16.1.254 0808--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Il router risponde comunicando il proprio MAC:

08-00-2B-4A-55-30.

router

172.16.1.254 0808--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

La stazione 172.16.1.3 invia il messaggio al router. Il pacchetto ha una busta di livello 3 dentro una busta di livello 2, con DSAP differenti:

• IP DSAP: 172.16.3.1 (destinazione finale)

• MAC DSAP: 08-00-2B-4A-55-30 (router)

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Il router, usando le tabelle di instradamento, imbusta il pacchetto IP in un pacchetto PPP e lo invia sul PVC ATM.

L’indirizzo 172.16.5.253 è utilizzato per gli algoritmi di routing e per l’instradamento.

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Il secondo router, usando le tabelle di instradamento, scopre che il destinatario è adiacente alla sua porta 172.16.3.252 (stessa subnet).

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08-08-0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 0808--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Il secondo router invia un ARP in broadcast per scoprire il MAC di 172.16.3.1

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08-08-0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 0808--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08

08--0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Trattandosi di un messaggio

broadcast, lo switch lo inoltra

su tutte le porte

(5)

router

172.16.1.254 0808--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Trattandosi di un messaggio

broadcast, lo switch lo inoltra su tutte le porte

La stazione 172.16.3.1 risponde all’ARP comunicando il proprio MAC: 08-00-2B-45-67-22.

Lo switch, avendo prima appreso la posizione di 08-00-2B-3D-BE-19, inoltra il pacchetto.

router

172.16.1.254 0808--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.3.1 172.16.3.1 08

08--0000--2B2B--4545--6767--2222 172.16.3.252

172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919 172.16.5.254

172.16.5.254

172.16.5.253 172.16.5.253

Il secondo router imbusta il pacchetto IP in un pacchetto Ethernet con indirizzo di destinazione singlecast 08-00-2B-45-67-22 e lo invia.

Anche questa volta lo switch inoltra il pacchetto.

ICMP

Internet Control Message Protocol

• Verifica dello stato della rete

• “echo request” ed “echo reply”

• Riportare anomalie

• destination unreachable

• time exceeded for a datagram

• parameter problem on a datagram

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08

08--0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254

• IP DSAP: 172.16.2.1

• MAC DSAP: 08-00-2B-4A-55-30 (router)

router

172.16.1.254 08

08--0000--2B2B--4A4A--5555--3030 172.16.1.3

172.16.1.3 08-08-0000--2B2B--3C3C--AFAF--0101

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254

DESTINATION UNREACHABLE

ICMP

Internet Control Message Protocol

• Scoprire la netmask

• mask request

• address mask reply

• Migliorare il routing (per più router sulla stessa LAN)

• redirect

(6)

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254 router

router

172.16.3.1 172.16.3.1 def.

def. gtwgtw: 172.16.3.252: 172.16.3.252 172.16.3.254 172.16.3.254

• IP DSAP: 172.16.2.1

• MAC DSAP: 08-00-2B-3D-BE-19 (router)

172.16.3.252 172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919

172.16.2.2 172.16.2.2

172.16.2.1 172.16.2.1

172.16.2.254 172.16.2.254 router

router

172.16.3.1 172.16.3.1 def.

def. gtwgtw: 172.16.3.252: 172.16.3.252 172.16.3.254 172.16.3.254

REDIRECT TO

172.16.3.254

172.16.3.252 172.16.3.252 08-08-0000--2B2B--3D3D--BEBE--1919

Protocolli di routing

Autonomous System (AS)

• È un insieme di sottoreti raggruppate secondo criteri topologici e organizzativi

• All’interno di un AS il routing e l'indirizzamento sono strettamente coordinati

• Interior router:

• visibilità limitata all’interno dell’AS

• Exterior router:

• visibilità all’interno dell’AS e sugli exterior router degli altri AS

Autonomous System (AS)

AS 137 AS 66

E I I

E

E: exterior router I: interior router

Protocolli di routing

• IGP: Interior Gateway Protocol

• RIP: Routing Information Protocol (distance vector)

• IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (distance vector)

• OSPF: Open Shortest Path First (link- state)

• Integrated IS-IS (link-state)

(7)

Protocolli di routing

• EGP: Exterior Gateway Protocol

• EGP*: Exterior Gateway Protocol (reachability-only)

• BGP: Border Gateway Protocol (distance vector)

• IDRP: Inter Domain Routing Protocol (ISO/OSI, dimile a BGP di TCP/IP)

* lo stesso nome è utilizzato sia come termine generico che come nome del protocollo

IGP: Interior Gateway Protocol

RIP

Routing Information Protocol

• Protocollo di routing intradominio basato su un algoritmo di tipo distance vector

• Metrica di costo: basata su hop count

• Messaggi di update: inviati ogni 30 s

• Aggiornamento dei percorsi: entro 3 minuti

• Memorizzazione in tabella del solo percorso migliore verso la destinazione

IGRP

Interior Gateway Routing Protocol

• Protocollo distance vector proprietario Cisco

• Supera i limiti di RIP (max hop count, nessun instradamento alternativo)

• Metriche sofisticate contenenti ritardo, banda, affidabilità, lunghezza massima del pacchetto, carico

• Multipath routing

• suddivisione del traffico tra più linee parallele

OSPF

Open Shortest Path First

• Protocollo di tipo link state packet

• Prevede un’organizzazione gerarchica

• un AS può essere suddiviso in aree

• ogni area è costituita da una rete o da un gruppo di reti contigue

• Esiste una backbone area che connette tutte le altre aree

BACKBONE AREA

AREA 1 AREA 2

backbone router

area border router

altro AS AS

Boundary Router

internal router internal

router

H1 R1

R2 Ethernet

Gigabit Ethernet

H4 H2 H5 H6 Ethernet

Gigabit Ethernet H3

R3

R4

R6

R5

(8)

Integrated IS-IS

• IS: Intermediate System (= router)

• Protocollo di tipo link-state, simile a OSPF

• Supporta gerarchia a 2 livelli

EGP: Exterior Gateway Protocol

EGP

Exterior Gateway Protocol

• Propaga solo le informazioni di raggiungibilità dei nodi

• Non ha metriche associate

• Non ammette magliature nella topologia

BGP

Border Gateway Protocol

• Algoritmo di tipo distance vector

• invece di propagare i costi propaga la sequenza di AS da attraversare per raggiungere una data destinazione

• I router comunicano utilizzando un servizio affidabile del TCP

• La politica di calcolo dell’instradamento preferito è configurabile

CIDR

Classless Inter Domain Routing

• Pensato per sfruttare al massimo gli indirizzi disponibili

• Propaga la netmask insieme all’indirizzo

• Consente di propagare informazioni di raggiungibilità di cluster di reti (“supernet”)

• Dal punto di vista dell’assegnazione degli

indirizzi consente di assegnare gruppi di

reti (es. di classe C) al posto di una rete di

classe superiore (es. di classe B)

(9)

CIDR

Classless Inter Domain Routing

• Esempio:

199.9.4.0 con netmask 255.255.252.0 annuncia (in un colpo solo) 4 reti di classe C:

199.9.4.0, 199.9.5.0, 199.9.6.0 e 199.9.7.0

199.9.4.0 = 11000111 00001001 00000100 00000000 255.255.252.0 = 11111111 11111111 11111100 00000000

199.9.5.0 = 11000111 00001001 00000101 00000000 199.9.6.0 = 11000111 00001001 00000110 00000000 199.9.7.0 = 11000111 00001001 00000111 00000000

IPv6

• Spazio degli indirizzi grande a sufficienza

• Indirizzi multicast e anycast (indica il server più vicino al mittente che fornisce un dato servizio)

• Unificazione di Internet e Intranet

• Miglior utilizzo delle LAN

• Sicurezza

• Policy routing

IPv6

• Buon supporto di ATM

• Priorità per tipo di traffico

• Plug and play

• Mobilità

• Transizione semplice da IPv4 a IPv6

Indirizzi IPv6

• Scritti su 128 bit (circa 10

³⁸

indirizzi disponibili)

• Rappresentati in esadecimale come 8 numeri naturali separati da “:”

• Esempi:

• FEDC:BA98:0876:45FA:0562:CDAF:3DAF:BB01

• 1080:0000:0000:0000:0007:0200:A00C:3423

Header IPv6

32 bit

vers. priority flow label

payload length hop limit

source address next header

source address (16 byte)

destination address

(16 byte)

(10)

Header IPv6

32 bit

vers. priority flow label

payload length next header hop limit

source address (16 byte)

destination address (16 byte)

PER OTTENERE DALLA RETE DATAGRAM GARANZIE DI

SERVIZIO TIPICHE DEI CIRCUITI VIRTUALI

Header IPv6

32 bit

vers. priority flow label

payload length next header hop limit

source address (16 byte)

destination address (16 byte)

IL PREAMBOLO HA LUNGHEZZA FISSA (40 BYTE), MA È POSSIBILE AGGIUNGERNE ALTRI OPZIONALI

Header IPv6

32 bit