4-1

Il Livello di Rete in Internet

Crediti

Parte delle slide seguenti sono adattate dalla versione originale di J.F Kurose and K.W. Ross (© 1996-2003 All Rights Reserved)

4-2

Il livello di rete in Internet

TabellaRouting

Funzioni del livello di rete negli host e nei router:

Protocolli di Routing•selezione percorso•RIP, OSPF, BGP

IP protocol (v4, v6)•regole indirizzamento•formato datagram•regole gestione pacchetti

ICMP protocol•report di errori•segnalazione dai router

Transport layer: TCP, UDP

Link layer

physical layer

Networklayer

4-3

Indirizzamento IP: introduzione Indirizzo IP:

identificatore a 32 bit per le interfacce di host e router

interfaccia: connessione tra host/router e link fisico i router tipicamente

hanno molte interfacce

un host può avere molte interfacce

indirizzo IP associato con ogni interfaccia

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001

223 1 11

notazione decimale puntata

4-4

Indirizzamento IP indirizzo IP:

parte della rete (high order bits)

parte dell’host (low order bits)

Cosa è una rete ? (dal punto di vista IP) interfacce dei

dispositivi con parte della rete dell’indirizzo IP uguale

possono raggiungersi a vicenda senza l’intervento di un router

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

rete formata da 3 reti IP(per gli indirizzi IP che iniziano con 223, i primi 24 bit sono la parte della rete)

LAN

4-5

Indirizzamento IPCome trovare le reti? Staccare ogni

interfaccia dall’host/router

ceare “isole” di reti isolate

223.1.1.1

223.1.1.3

223.1.1.4

223.1.2.2223.1.2.1

223.1.2.6

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.1.2

223.1.7.0

223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1

223.1.9.1

223.1.9.2

Sistema interconnessoformato da sei reti

4-6

Indirizzi IP

0network host

10 network host

110 network host

1110 multicast address

A

B

C

D

classe1.0.0.0 a127.255.255.255

128.0.0.0 a191.255.255.255

192.0.0.0 a223.255.255.255

224.0.0.0 a239.255.255.255

32 bits

data la nozione di “rete”, riesaminiamo gli indirizzi IP:

“class-full” addressing:

Broadcast: 255.255.255.255

4-7

Indirizzi IP: CIDR Classful addressing:

uso inefficiente dello spazio degli indirizzi, esaurimento dello spazio degli indirizzi

es. indirizzo di rete di classe B riserva indirizzi sufficienti per 65K host anche se ci sono solo 2K host in quella rete

CIDR: Classless InterDomain Routing parte rete dell’indirizzo di lunghezza arbitraria formato indirizzo: a.b.c.d/x, dove x è num. bit nella

parte rete dell’indirizzo

11001000 00010111 00010000 00000000

networkpart

hostpart

200.23.16.0/23

network mask

4-8

Ottenere blocchi di indirizzi IP

D: Come fa un ISP ad ottenere un blocco di indirizzi IP?

R: ICANN: Internet Corporation for Assigned

Names and Numbers alloca gli indirizzi gestisce i DNS radice assegna i nomi dei domini, risolve le dispute

4-9

Ottenere un indirizzo di rete IP

D: Come fa la rete ad ottenere la parte rete dell’indirizzo IP?

R: ottiene una porzione dello spazio di indirizzi del suo ISP

ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20

Organization 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organization 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organization 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. ….

Organization 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23

4-10

Indirizzam. gerarchico: aggregaz. percorsi

“Mandami qualunquecosa con indirizzi che iniziano con 200.23.16.0/20”

200.23.16.0/23

200.23.18.0/23

200.23.30.0/23

Fly-By-Night-ISP

Organization 0

Organization 7Internet

Organization 1

ISPs-R-Us“Mandami qualunquecosa con indirizzi che iniziano con 199.31.0.0/16”

200.23.20.0/23Organization 2

...

...

L’indirizzamento gerarchico permette una diffusione efficiente delle informazioni di routing:

4-11

Indirizzam. gerarchico: aggregaz. percorsi

ISPs-R-Us ha un ulteriore percorso all’Organizzazione 1

“Mandami qualunquecosa con indirizzi che iniziano con 200.23.16.0/20”

200.23.16.0/23

200.23.18.0/23

200.23.30.0/23

Fly-By-Night-ISP

Organization 0

Organization 7Internet

Organization 1

ISPs-R-Us“Mandami qualunquecosa con indirizzi che iniziano con 199.31.0.0/16 o 200.23.18.0/23”

200.23.20.0/23Organization 2

...

...

longest prefix matching

4-12

Ottenere un indirizzo di host IP

Come ottiene un host un indirizzo IP? hard-coded dall’amministr. di sistema in un file

Windows: control-panel->network->configuration->tcp/ip->properties

UNIX: /etc/rc.config

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: ottieni indirizzo dinamicamente: “plug-and-play” host manda messaggio “DHCP discover” in

broadcast server DHCP risponde con messaggio “DHCP offer” host richiede indirizzo IP: messaggio “DHCP request” server DHCP invia indirizzo: messaggio “DHCP ack”

4-13

Scenario client-server DHCP

DHCP server

arriving DHCP client

223.1.2.5

Figure 4.4.2-N1: DHCP client-server scenario

4-14

Scenario client-server DHCPDHCP server: 223.1.2.5 arriving

client

time

DHCP discover

src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67DHCPDISCOVERyiaddr: 0.0.0.0transaction ID: 654

DHCP offer

src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68DHCPOFFERyiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 654DHCP server ID: 223.1.2.5Lifetime: 3600 secs

DHCP request

src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67DHCPREQUESTyiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 655DHCP server ID: 223.1.2.5Lifetime: 3600 secs

DHCP ACK

src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68DHCPACKyiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 655DHCP server ID: 223.1.2.5Lifetime: 3600 secs

4-15

Formato datagram IP

ver length

32 bits

dati (lunghezza variabile,

tipicamente un segmento TCP o UDP)

16-bit identifier

Internet checksum

time tolive

32 bit source IP address

IP protocol versionnumber

header length (bytes)

max numberremaining hops

(decremented at each router)

forfragmentation/reassembly

total datagramlength (bytes)

upper layer protocolto deliver payload to

head.len

type ofservice

“type” of data flgsfragment

offsetup. layer protocol

32 bit destination IP address

Options (if any) Es. Timestamp orecord route, specificala lista dei router da visitare

quanto overhead con TCP?

20 bytes of TCP 20 bytes of IP = 40 bytes + app

layer overhead

4-16

Frammentazione e riassemblaggio IP

i link di rete trasportano pacchetti con quantità massime di dati prefissate MTU (Max. Transfer Unit)

– la più grande frame possibile a livello link

differenti tipi di link => differenti MTU

un grande datagram IP diviso (“frammentato”) all’interno della rete un datagram (numerato)

“genera” diversi datagram

“riassemblato” solo alla destinazione finale

bit dell’header IP usati per identificare e ordinare i frammenti relativi

frammentazione: in: 1 datagram grandeout: 3 datagram più piccoli

reassembly

4-17

Frammentazione e riassemblaggio IP

ID=x

offset=0

fragflag=0

length=4020

ID=x

offset=0

fragflag=1

length=1500

ID=x

offset=1480

fragflag=1

length=1500

ID=x

offset=2960

fragflag=0

length=1060

Un grande datagram generadiversi datagram più piccoli

Esempio datagram di 4000

byte MTU = 1500 byte

4-18

ICMP: Internet Control Message Protocol

usato da host e router per comunicare informazioni a livello rete report di errori: host,

network, port, protocol irraggiungibili

echo request/reply (usato dal ping)

situato a livello di rete “sopra” IP: messaggi ICMP trasportati

nei datagram IP messaggio ICMP: tipo, codice

più primi 8 byte del datagram IP che causa l’errore

Type Code description0 0 echo reply (ping)3 0 dest. network unreachable3 1 dest host unreachable3 2 dest protocol unreachable3 3 dest port unreachable3 6 dest network unknown3 7 dest host unknown4 0 source quench (congestion control – non utilizzato)8 0 echo request (ping)9 0 route advertisement10 0 router discovery11 0 TTL expired12 0 bad IP header

4-19

Trasporto di datagram da sorgente a destin.

IP datagram:

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

BE

miscfields

sourceIP addr

destIP addr data

il datagram rimane immutato durante il tragitto da sorgente a destinazione

campo indirizzi contiene indirizzo IP di sorgente e dstinazione

Dest. Net. next router Nhops

223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2

routing table in A

4-20

Trasporto di datagram da sorgente a destin.

Sorgente A, invia datagram IP a B:

cerca indirizzo di rete di B nella tabella di routing

B risulta nella stessa rete di A livello link invierà il datagram

direttamente a B dentro il frame del livello link B e A sono connessi

direttamente

Dest. Net. next router Nhops

223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2

miscfields223.1.1.1223.1.1.3data

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

BE

routing table in A

4-21

Trasporto di datagram da sorgente a destin.

Dest. Net. next router Nhops

223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2

Sorgente A, destinazione E: cerca indirizzo di rete di E

nella routing table E è in una rete differente

A ed E non collegati durettamente

routing table: next hop router a E è 223.1.1.4

livello link invierà il datagram al router 223.1.1.4 dentro il frame del livello link

datagram arriva a 223.1.1.4, …

miscfields223.1.1.1223.1.2.3 data

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

BE

routing table in A

4-22

Trasporto di datagram da sorgente a destin.

Arriva a 223.1.4, destinato a 223.1.2.2

cerca indirizzo di rete di E nella routing table del router

E nella stessa rete del router (con interfaccia 223.1.2.9) router ed E direttamente

collegati livello link invierà il datagram

al router 223.1.2.2 dentro il frame del livello link attraverso l’interfaccia 223.1.2.9

datagram arriva a 223.1.2.2!!

miscfields223.1.1.1223.1.2.3 data

Dest. Net router Nhops interface

223.1.1 - 1 223.1.1.4 223.1.2 - 1 223.1.2.9

223.1.3 - 1 223.1.3.27

223.1.1.1

223.1.1.2

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.2.2

223.1.2.1

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

A

BE

routing table in router

4-23

NAT: Network Address Translation

10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

10.0.0.4

138.76.29.7

local network(e.g., home network)

10.0.0/24

resto diInternet

Datagram con sorgente o destinazione in questa rete

hanno indirizzo 10.0.0/24 persorgente, destinazione

(come al solito)

Tutti i datagram uscenti dalla rete locale hanno stessa singolo

NAT IP address sorgente: 138.76.29.7,

numeri di port sorgenti differenti

Tabella traduzione NAT

Lato WAN Lato LAN

138.76.29.7, 5001…

10.0.0.1, 3345…