III. LE FUNZIONI DEI SERVIZI DI RETE II parte

1. III. LE FUNZIONI DEI SERVIZI DI RETEII parte

2. INDICE • III.4 Indirizzamento • III.5 Instradamento • III.6 Controllo della QoS

3. III.4 Indirizzamento Aldo Roveri, “Fondamenti di reti” Univ. di Roma “La Sapienza” - a.a. 2009-2010

4. Contenuti III.4.1 Il problema dell’indirizzamento III.4.2 Indirizzamento in Internet III.4.3 Maschera di indirizzo III.4.4 Indirizzamento con classi III.4.5 Subnettinge Supernetting III.4.6 Indirizzamento senza classi III.4.7 Gli indirizzi IP in una Routing Table III.4.8 Risoluzione di indirizzi in Internet III.4.9 Assegnazione di un indirizzo IP

5. III.4 INDIRIZZAMENTO III.4.1 Il problema dell’indirizzamento

6. Modi di indirizzamento (1/3) • L’indirizzo di un utente identifica in modo univoco quest’ultimo nell’ambito di una rete di telecomu-nicazione. • La modalità con cui sono definiti ed assegnati gli indirizzi (piano di numerazione) ha significative conseguenze sulla funzione di instradamento, e cioè la funzione il cui scopo è guidare l’informazione di utente verso la destinazione voluta.

7. Modi di indirizzamento (2/3) • Si possono distinguere tre modalità di indirizzamento: • nella prima l’indirizzo è stabilmente legato ad un luogo fisico e il piano di indirizzamento è definito in modo tale che l’indirizzo, oltre a identificare un utente, dia anche informazioni su dove lo stesso si trovi.

8. Modi di indirizzamento (3/3) • nella seconda l’indirizzo di per se stesso non consente di dedurre in modo immediato la localizzazione dell’utente, anche se esiste una corrispondenza stabile tra l’utente e il luogo ove esso si trova; • nella terza non esiste una corrispondenza stabile tra indirizzo e luogo fisico in cui l’utente si trova in un dato momento.

9. Instradamento e indirizzamento (1/4) • Nella prima modalità, si dispone di quanto necessario per scegliere la strada verso l’utente destinatario. • Nella seconda modalità, l’algoritmo di instradamento deve prima stabilire dove l’utente destinatario si trova stabilmente e quindi scegliere una strada per raggiun-gerlo. • Nella terza modalità, bisogna prima stabilire dove l’utente destinatario si trova in un dato momento e quindi scegliere una strada per raggiungerlo.

10. Instradamento e indirizzamento (2/4) • Nei classici paradigmi di comunicazione si aveva la tendenza ad identificare un terminale fisso con l’utente che ne fa abitualmente uso; • in queste condizioni l’indirizzo si riferisce al terminale, ma anche, per estensione, all’utente.

11. Instradamento e indirizzamento (3/4) • Il requisito di mobilità ha portato a modificare questa tendenza, introducendo due nuovi obiettivi: • la mobilità del terminale, e cioè la possibilità di accedere ad un servizio da parte di un utente in movimento e per mezzo di un terminale altrettanto in movimento; • la mobilità della persona, e cioè la possibilità di accedere a un servizio da parte di un utente che si sposta e per mezzo di terminali fissi.

12. Instradamento e indirizzamento (4/4) • Nel caso di mobilità del terminale, l’indirizzo è legato ad un terminale fisico; quest’ultimo può spostarsi da un luogo ad un altro ma permane un’associazione tra terminale ed utente, ovvero l’indirizzo è legato ad uno specifico terminale. • Nel caso di mobilità della persona, l’indirizzo è legato all’utente che può quindi registrarsi su diversi terminali, ovvero usare diversi terminali mantenendo la propria identità.

13. III.4 INDIRIZZAMENTO III.4.2 Indirizzamento in Internet

14. Indirizzamenti locale e globale (1/2) • Ognuna delle sotto-reti di Internet ha un suo proprio, diverso e quindi non univoco (a livello globale), schema di indirizzamento (indirizzi Ethernet, indirizzi X.25, numeri telefonici etc.), (indirizzamento locale), che ha significatività solo nell’ambito della sotto-rete;

15. Indirizzamenti locale e globale (2/2) • al fine di consentire ad ogni host di comunicare con ogni altro host nell’ambiente Internet è necessario sovrapporre all’ indirizzamento locale un nuovo schema (indirizzamento globale o IP), che sia in grado di indirizzare, in modo univoco e universale, tutti gli host connessi a Internet.

16. Indirizzamento IP (1/2) • Un indirizzo IP identifica un host e non uno specifico processo applicativo; • l’identificazione di un utente all’interno di un host è affidata ai protocolli di strato superiore (TCP o UDP); • la specificazione di un indirizzo (di origine o di destinazione) in IPv4 è effettuata con parole di 32 bit (4 byte), mentre in IPv6 tale parola è di 128 bit (16 byte).

17. Indirizzamento IP (2/2) • Un indirizzo IP di un dispositivo (host o router) in Internet • individua l’interfaccia tramite la quale il dispositivo si connette a una specifica rete; • non rappresenta quindi il nome del dispositivo e si limita piuttosto a definirne il modo di connessione a Internet; • è caratterizzato da una struttura gerarchica, per facilitare l’operazione di instradamento.

18. Prefisso e suffisso (1/5) • La gerarchizzazione di un indirizzo IP di un host/router si manifesta con la suddivisione della sequenza che lo specifica in due parti: • una prima parte identifica la rete a cui un host/router è interfacciato e si chiama net-id; • una seconda parte identifica l’interfaccia dell’ host/router verso la rete specificata nella prima parte e si chiama host-id.

19. Prefisso e suffisso (2/5) • la sequenza di bit che identifica la rete è anche chiamata prefisso, mentre quella che identifica l’interfaccia è detta suffisso; • la separazione tra prefisso e suffisso non è fissa.

20. Prefisso e suffisso (3/5) • Un indirizzo IP consta quindi delle due parti: Net_Id e Host_Id e può essere scritto come: IP_Address=Net_Id.Host_Id

21. Prefisso e suffisso (4/5) • Un indirizzo IP identifica quindi prima la “rete” a cui un host è connesso e poi lo specifico host all’interno di quella “rete”; • la “rete” di cui si parla ha significatività nell’ambito dello schema di indirizzamento; non deve essere confusa con la sotto-rete a cui è connesso l’host.

22. Prefisso e suffisso (5/5) • Un host/router ha tanti indirizzi IP quante sono le reti a cui è connesso; • un host connesso a più reti (multi-homed) ha un numero di indirizzi IP, che è uguale al numero di reti a cui è connesso; • un router, per assolvere al suo compito, deve necessariamente essere collegato a più reti: deve quindi avere necessariamente più indirizzi IP, uno per ogni interfaccia.

23. Notazioni di indirizzo (1/4) • In IPv4, un indirizzo IP, oltre a essere espresso in forma binaria, può anche essere rappresentato con due ulteriori notazioni: • la decimale puntata (dotted); • la mnemonica (name).

24. Notazioni di indirizzo (2/4) • In IPv4, la notazione decimale puntata è ottenuta da quella binaria dividendo quest’ultima in 4 byte e traducendo ogni byte in un numero in base 10; • a ogni byte corrisponde quindi un numero decimale che è compreso tra 0 (byte costituito da una sequenza di tutti 0) e 255 (byte costituito da una sequenza di tutti 1); • la traduzione da una forma numerica all’altra è quindi effettuabile con un semplice algoritmo;

25. Notazioni di indirizzo (3/4) • La traduzione da un indirizzo numerico (binario o decimale puntato) a uno mnemonico e viceversa è attuato mediante il processo applicativo DNS (Domain Name System).

26. 10010111 01100100 00001000 00010010 Notazione binaria Notazione decimale puntata 151. 100. 8. 18 infocom.uniroma1.it Notazione mnemonica Notazioni di indirizzo (4/4) • Un esempio delle tre notazioni è il seguente:

27. Tipi di indirizzi (1/2) • Indirizzo Unicast • è utilizzato nelle comunicazioni punto-punto; • ogni dispositivo in Internet deve avere almeno un indirizzo Unicast; • Indirizzo Multicast • è utilizzato nelle comunicazioni punto-multipunto, e cioè da un mittente a un gruppo di destinatari;

28. Tipi di indirizzi (2/2) • Indirizzo Broadcast • è utilizzato nelle comunicazioni diffusive (da uno a tutti), permesse solo a livello locale; • si distinguono • Broadcast diretto, impiegato in un inoltro a tutti gli host di una rete specifica; • Broadcast limitato, impiegato verso tutti gli host della rete a cui appartiene il mittente.

29. Indirizzi speciali (1/4) • Un indirizzo IP che abbia il suffisso identicamente uguale a 0 è un indirizzo di rete; • un indirizzo IP per il broadcasting diretto ha il suffisso costituito da una sequenza di 1; • l’indirizzo IP per il broadcasting limitato è costituito da una sequenza di tutti 1;

30. Indirizzi speciali (2/4) • all’avvio di un host (bootstrap) che non conosce il proprio indirizzo si utilizza, come indirizzo del mittente, una sequenza di tutti 0; • l’indirizzo del destinatario utilizzato da un mittente che voglia indirizzare un altro host sulla stessa rete ha il prefisso identicamente uguale a 0; • un indirizzo IP del destinatario, che ha il primo byte uguale a 127 (in notazione decimale puntata), è di loopback per un dispositivo, che lo utilizza per eseguire un test sul proprio software.

31. Indirizzi speciali (3/4) Significato dell’indirizzo Prefisso Suffisso Mittente o destinatario Scopo Identifica una rete Specifico Tutti 0 Nessuno Una rete Destinatario Broadcasting su una rete specifica Broadcasting diretto Specifico Tutti 1 Tutti 1 Tutti 1 Destinatario Broadcasting sulla rete del mittente Broadcasting limitato Questo host su questa rete Tutti 0 Tutti 0 Mittente Usato durante l’avvio Host specifico su questa rete Tutti 0 Specifico Destinatario Usato in Unicast locale Loopback 127 Qualsiasi Destinatario Prova

32. Indirizzi speciali (4/4) • Per effetto delle scelte effettuate sugli indirizzi speciali, non è possibile assegnare ad un indirizzo IP un suffisso costituito da tutti 1 o da tutti 0. • Infatti, in entrambi i casi, si tratta di sequenze utilizzate in indirizzi speciali • la sequenza di tutti 1 è il suffisso per indicare un broadcast diretto o limitato; • la sequenza di tutti 0 indica una rete specificata dal prefisso.

33. III.4 INDIRIZZAMENTO III.4.3 Maschera di indirizzo

34. Struttura della maschera • In generale il prefisso di un indirizzo IP è identificabile accompagnando l’indirizzo con la sua maschera. • La maschera di un indirizzo IPv4 è un numero binario di 32 bit che fa corrispondere • il prefisso dell’indirizzo con una sequenza di tutti 1; • il suffisso dell’indirizzo con una sequenza di tutti 0.

35. Espressione della maschera • Una maschera può essere espressa, oltre che in forma binaria, anche • nella notazione decimale puntata, che fa corrispondere ad ogni byte della maschera un numero decimale che è compreso tra 0 e 255; • con l’aggiunta di uno slash seguito dal numero decimale di cifre binarie che compongono il prefisso.

36. Utilizzazione della maschera • Se si effettua l’operazione di AND logico su un indirizzo A e sulla sua maschera M, il risultato dell’operazione è il prefisso di A. • Infatti, in base alla definizione di maschera di un indirizzo IP, • se il bit nella maschera M è 1, l’operazione non modifica il corrispondente bit in A; • se il bit nella maschera M è 0, il risultato dell’operazione è 0 indipendentemente da quale sia il bit corrispondente in A.

37. III.4 INDIRIZZAMENTO III.4.4 Indirizzamento in classi

38. Le classi di indirizzamento (1/6) • All’origine di IPv4 (1981), l’indirizzamento IP è stato basato su una organizzazione in classi (classful); • sono state previste 5 diverse classi di indirizzo • le classi A, B e C includono indirizzi Unicast e differiscono per il numero di host che possono essere connessi alla rete; • la classe D è dedicata a indirizzi Multicast; • la classe E è riservata a scopi speciali (sperimentazione, ecc.).

39. Le classi di indirizzamento (2/6) • La classe a cui appartiene un net_id si determina esaminando il primo byte dell’indirizzo Primi bit del primo byte Classe A 0 1 0 B 1 1 0 C 1 1 1 0 D 1 1 1 1 E

40. Le classi di indirizzamento (3/6) 8 16 31 0 24 Classe A 0 Net_Id Host_Id Classe B 1 0 Net_id Host_Id Classe C 1 1 0 Net_Id Host_Id Classe D 1 1 1 1 1 1 0 0 Indirizzo Multicast Classe E 1 1 1 1 0 Riservata

41. Bit “reti” host Classe Net_Id Host_Id Iniziali disponibili disponibili A 0 7 bit 24 bit 128 16.777.216 10 14 bit 16 bit 16.384 65.536 B 110 21 bit 8 bit 2.097.152 256 C indirizzo multicast, 28 bit D 1110 numero di indirizzi possibili: 268.435.456 riservata per usi futuri e ricerca, 27 bit E 11110 numero di indirizzi possibili: 134.217.728 Le classi di indirizzamento (4/6)

42. Le classi di indirizzamento (5/6) Numero decimale corrispondente al primo byte Classe Min Max A 0 127 B 128 191 C 192 223 D 224 239 E 240 247

43. Le classi di indirizzamento (6/6) • A titolo di esempio, le maschere degli indirizzi IPv4 appartenenti alle classi A, B e C sono le seguenti • Classe A 255.0.0.0 oppure /8 • Classe B 255.255.0.0 oppure /16 • Classe C 255.255.255.0 oppure /24 • Ciascuna di tali maschere non è però necessaria per identificare il prefisso del numero a cui viene associata, dato che il prefisso è determinabile con le cifre binarie più significative del primo byte.

44. III.4 INDIRIZZAMENTO III.4.5 Subnetting e Supernetting

45. Limiti dell’indirizzamento con classi (1/4) • L’ indirizzamento con classi si è dimostrato presto insufficiente per soddisfare la crescente domanda di assegnazione di nuovi indirizzi che derivava dalla rapida crescita degli utenti di Internet. • La domanda si articolava su tre aspetti • soddisfacimento delle esigenze interne di ogni Organizzazione accedente ad Internet, con spe-cifico riferimento ad una più elevata efficienza nell’utilizzazione dell’arcodi indirizzi assegnato all’Organizzazione;

46. Limiti dell’indirizzamento con classi (2/4) • conseguimento di una più elevata flessibilità nei meccanismi di assegnazione degli indirizzi al livello dell’intera Internet; • allargamento dello spazio di indirizzamento rispetto a quello reso disponibile dal protocollo IPv4.

47. Limiti dell’indirizzamento con classi (3/4) • Per il superamento di questi limiti • come risposta all’esigenze di cui al precedente punto A), si è deciso di aggiungere, ad una gerarchia di indirizzi IP a due livelli e come ulteriori livelli gerarchici • dapprima (1984) il livello di Sotto-rete, • poi (1993) il livello di Super-rete, livelli attuabili con operazioni di Subnetting e Supernetting, rispettivamente;

48. Limiti dell’indirizzamento con classi (4/4) • come risposta alla domanda di cui B), si è passati ad un indirizzamento senza classi (classless); • come risposta al punto C), è stato definito un nuovo protocollo di rete, IPv6, avente indirizzi rappresentati da parole binarie di lunghezza 120 bit, e cioè quattro volte maggiore di quella impiegata in IPv4; IPv6 non ha però ancora sostituito IPv4. • Nel seguito ci occupiamo dei due primi provvedimenti.

49. Net_Id Subnet_Id Host_Id VI. INDIRIZZAMENTO E INSTRADAMENTO VI.4 Indirizzamento senza classi Subnetting (1/4) • Una rete con assegnato indirizzamento IP delle classi A, B e C viene suddivisa in sotto-reti più piccole; • per questo scopo si utilizzano alcuni bit del suffisso (Hostid) per codificare un Subnet_id. • L’indirizzo IP che ne risulta può coesistere con un indirizzamento con classi, ma, per precisare il nuovo prefisso (costituito dall’unione di Net_id e Subnet_id), deve essere accompagnato dalla sua maschera.

50. Subnetting (2/4) • La maschera di un indirizzo IP risultante da un indirizzo appartenente ad una classe si ottiene facendo riferimento alla maschera di quest’ultimo, che è normalmente chiamata maschera naturale. • La maschera del nuovo numero (maschera di sotto-rete) è ottenuta ponendo uguali a 1 una o più cifre binarie che nella maschera naturale sono le più significative del suffisso.