Il protocollo IP Laboratorio di Didattica in Rete

Il protocollo IP Laboratorio di Didattica in Rete

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 2

Scopo Lo strato network si occupa del trasporto dei pacchetti lungo tutto il cammino percorso dall’origine alla destinazione Questa funzione è chiaramente distinta da quella dello strato data link che ha il più modesto obiettivo di spostare i frame da un capo all’altro del cavo Il protocollo IP (Internet Protocol) è lo strumento chiave per costruire reti interconnesse scalabili ed eterogenee Ing. G. Fiorillo 3

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 4

Modelli di servizio Una internet è un insieme di reti fisiche collegate da un protocollo comune a formare un’unica rete logica La Internet è la rete che interconnette, a livello mondiale, tutte le reti che usano il protocollo TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) per comunicare tra di loro. Ing. G. Fiorillo 5

Modelli di servizio Perché nasce il TCP/IP: un passo indietro nella storia di Internet Un problema militare: la RAND Corporation, un serbatoio di cervelli utilizzato dal Do. D durante la guerra fredda affronta un problema particolare… Come mantenere attivo, dopo un attacco nucleare, un network di comunicazione attraverso cui possa ancora funzionare la catena di comando. Ing. G. Fiorillo 6

Modelli di servizio I modelli di rete precedenti si basavano sul circuit swiching, il sistema delle linee telefoniche La commutazione di circuito si basa su una connessione temporaneamente ed esclusivamente assegnata per collegare tra loro due terminali La connessione è unica per due apparecchi dati Se cade anche uno solo dei tratti di congiunzione la comunicazione si interrompe Ing. G. Fiorillo 7

Modelli di servizio Nel 1962 Paul Baran propone la seguente soluzione: Network senza alcuna autorità centrale Network concepito per lavorare anche a pezzi L’informazione viene suddivisa in piccole subunità dette pacchetti o datagrams: ogni pacchetto inizia da un nodo e termina ad un altro nodo senza nessuna considerazione riguardo il percorso intermedio Ogni pacchetto viaggia individualmente (differenti pacchetti possono seguire percorsi diversi) Ing. G. Fiorillo 8

Modelli di servizio Questo modello si basa sull’idea del packet switching Sono i pacchetti ad essere instradati (switched) di volta in volta lungo percorsi anche diversi, mentre le connessioni fisiche fra le linee rimangono fisse. application transport network 1. Send data link physical router Pacchetto IP Ing. G. Fiorillo application transport 2. Receive data network data link physical 9

Modelli di servizio IP è progettato per funzionare a commutazione di pacchetto in modalità connectionless Si prende carico della trasmissione di datagrammi da sorgente a destinazione, attraverso reti eterogenee Identifica host e router tramite indirizzi (indirizzi IP) di lunghezza fissa, raggruppandoli in reti IP Frammenta e riassembla i datagrammi quando necessario Offre un servizio di tipo best effort, cioè non fornisce alcuna garanzia sulla consegna dei datagrammi, nonostante compia tutti gli sforzi possibili Ing. G. Fiorillo 10

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 11

Formato del pacchetto IP 32 bit Header Payload Ing. G. Fiorillo 12

Formato del pacchetto IP Version: indica il formato dell’intestazione, attualmente la versione in uso è la 4 IHL: (Internet Header Lenght) lunghezza dell’intestazione (lunghezza minima 5 word) Type of service: indicazione sul tipo di servizio richiesto Total lenght: lunghezza totale del datagramma (header+dati); max 64 Kbyte Identification: valore intero che identifica univocamente un datagramma; si usa per risalire al datagramma al quale appartengono i fragment Ing. G. Fiorillo 13

Formato del pacchetto IP Flag : bit 0 reserved (R) sempre a 0 bit 1 don’t fragment (DF) DF = 0 si può frammentare DF = 1 non si può frammentare bit 2 more fragments (MF) MF = 0 ultimo frammento MF = 1 frammento intermedio Fragment offset: indica quale è la posizione del frammento nel datagramma Ing. G. Fiorillo 14

Formato del pacchetto IP Time to live: tempo massimo di permanenza del datagramma nella rete, decrementato da ogni nodo che esso attraversa; il datagramma verrà distrutto dal nodo che decrementa questo valore a 0 Protocol: indica a quale protocollo di livello superiore appartengono i dati contenuti nel datagramma Header checksum: controllo di errore della sola intestazione, viene ricalcolato da ogni nodo attraversato Source and Destination Address: indirizzi sorgente e destinazione Ing. G. Fiorillo 15

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 16

Indirizzi IP Un indirizzo IP ha una lunghezza di 32 bits Identifica sia l’host che la rete a cui l’host è connesso; in realtà non identifica un host individuale ma un’ interfaccia di rete Se un nodo è connesso a più di una rete avrà un indirizzo IP per ogni rete (interfaccia di rete); ciò si verifica nei: 1. Routers 2. Multi-homed host (host con due o più interfacce di rete) N. B. Le interfacce hanno anche indirizzi fisici, in base al protocollo di strato 2 adottato Ing. G. Fiorillo 17

Indirizzi IP Interfaccia: punto di connessione tra un host (o un router) e un link fisico l I router di solito hanno interfacce multiple l Gli host possono avere interfacce multiple l Gli indirizzi IP sono associati alle interfacce, non agli host o ai router 223. 1. 1. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 1 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 223. 1. 1. 1 = 11011111 00000001 223 Ing. G. Fiorillo 1 18

Indirizzi IP Scritti convenzionalmente come sequenza di 4 numeri decimali, con valori da 0 a 255, separati da punto (rappresentazione dotted-decimal) ESEMPIO: 137. 204. 212. 1 10001001. 1100. 11010100. 00000001 Numero max teorico di indirizzi 4. 294. 967. 296 in realtà è inferiore, come si vedrà in seguito Ing. G. Fiorillo 19

Indirizzi IP Formati da due parti: l Network ID : identificativo di rete l Host rete ID: identificativo dell’host all’interno della IP_address = net_id + host_id Gli indirizzi IP sono suddivisi in classi che si differenziano in base alle dimensioni della rete Ing. G. Fiorillo 20

Indirizzi IP 0 1 7 8 31 Classe A 0 1 2 15 16 31 Classe B 0 1 2 23 24 31 Classe C 0 1 2 3 31 Classe D 0 1 2 3 31 Classe E Ing. G. Fiorillo 21

Indirizzi IP Classe Bit iniziali Net_id fissati 0 7 bit A Host_id Reti Host 24 bit 128 16. 777. 216 B 10 14 bit 16384 65. 536 C 110 21 bit 8 bit 2. 097. 152 256 D 1110 E 1111 Indirizzo Multicast: 28 bit Riservata per usi futuri: 28 bit N. B. Il numero di reti ed host è il max numero teorico Ing. G. Fiorillo 22

Indirizzi IP Classe A: da 0. 0 a 127. 255 Classe B: da 128. 0. 0. 0 a 191. 255 Classe C: da 192. 0. 0. 0 a 223. 255 Classe D: da 224. 0. 0. 0 a 239. 255 Classe E: da 240. 0 a 255 Ing. G. Fiorillo 23

Indirizzi IP Indirizzi riservati: l 0. 0 indica l’host corrente senza specificarne l’indirizzo l 255 è l’indirizzo di broadcast l 127. x. y. z è il loopback che redirige i datagrammi agli strati superiori dello stesso host Ing. G. Fiorillo 24

Indirizzi IP Alcuni gruppi di indirizzi sono riservati a reti IP private Essi non sono raggiungibili dalla rete IP pubblica Possono essere riutilizzati in reti isolate l l l Da 10. 0 a 10. 255 Da 172. 16. 0. 0 a 172. 31. 255 Da 192. 168. 0. 0 a 192. 168. 255 Ing. G. Fiorillo 25

Indirizzi IP Indirizzo IP: parte che identifica la rete + parte che identifica l’host Cosa è una rete? l. Insieme delle interfacce i cui ind. IP hanno la stessa parte che identifica la rete l. Le interfacce di una rete possono raggiungersi reciprocamente senza l’ausilio di router grazie al protocollo data link 223. 1. 1. 1 223. 1. 2. 1 223. 1. 1. 2 223. 1. 1. 4 223. 1. 1. 3 223. 1. 2. 9 223. 1. 3. 27 223. 1. 2. 2 LAN 223. 1. 3. 2 Rete che consiste di 3 reti IP (i primi 24 bit identificano la rete IP) Ing. G. Fiorillo 26

DNS Un opportuno protocollo applicativo, il DNS (Domain Name System), provvede a tradurre un indirizzo numerico in mnemonico e viceversa: 10100000 01001110 00110000 10001101 160. 78. 48. 145 www. unipr. it Ing. G. Fiorillo 27

DNS esempio Google DNS Server DNS preferito: 8. 8 Server DNS alternativo: 8. 8. 4. 4 Ing. G. Fiorillo 28

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 29

Relazione tra indirizzi fisici e IP L’host A vuole mandare un datagramma a B, che si trova sulla stessa rete fisica e di cui conosce solo l’indirizzo IP Come si ottiene l’indirizzo fisico di B dato il suo indirizzo IP? Soluzione: protocollo ARP l software di basso livello nasconde gli indirizzi fisici e consente ai livelli superiori di lavorare solo con indirizzi IP Ing. G. Fiorillo 30

Relazione tra indirizzi fisici e IP Protocollo ARP: Adress Resolution Protocol Il nodo sorgente invia un frame boadcast (ARP request) contenente l’indirizzo IP del nodo destinazione Tutte le stazioni della rete locale leggono il frame broadcast Ing. G. Fiorillo 31

Relazione tra indirizzi fisici e IP Il destinatario risponde al mittente, inviando un messaggio (ARP reply) che contiene il proprio indirizzo fisico Con questo messaggio l’host sorgente è in grado di associare l’appropriato indirizzo fisico all’IP destinazione Ogni host mantiene una tabella (cache ARP) con le corrispondenze tra indirizzi logici e fisici Ing. G. Fiorillo 32

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 33

Subnetting La struttura di indirizzamento a due livelli net_id + host_id era sufficiente nella fase iniziale di Internet Nel 1984 è stato aggiunto un terzo livello: l Il livello di sottorete (subnet) Si utilizzano alcuni bit dell’host_id originario per codificare il subnet_id: aumentano gli indirizzi di rete a disposizione Ing. G. Fiorillo 34

Subnetting Network prefix Ing. G. Fiorillo 35

Subnetting Ing. G. Fiorillo 36

Subnetting Il campo subnet_id ed il complessivo network prefix sono identificati da una maschera denominata “subnet mask” o brevemente “netmask” Una subnet mask è una parola di 32 bit in cui: l l I bit uguali ad 1 identificano i bit del net_id e del subnet_id (network prefix) I bit uguali a 0 identificano i bit dell’host_id Ing. G. Fiorillo 37

Subnetting ESEMPIO: Classe B Netmask N. B. Le netmask vengono scritte con la stessa notazione degli indirizzi IP Ing. G. Fiorillo 38

Subnetting Tutti gli host appartenenti alla stessa rete fisica avranno lo stesso numero di sottorete, mentre host che si trovano in reti fisiche diverse possono condividere un singolo numero di rete Per un host, la gestione delle sottoreti comporta che le sua configurazione contiene ora un indirizzo IP e una maschera di sottorete, per identificare la sottorete a cui è connesso Ing. G. Fiorillo 39

Esempio Netmask: 255. 128 Subnet: 128. 96. 34. 0 128. 96. 34. 15 128. 96. 34. 1 R 1 H 1 128. 96. 34. 130 Netmask: 255. 128 Subnet: 128. 96. 34. 128 H 3 128. 96. 34. 139 128. 96. 34. 129 R 2 128. 96. 33. 14 128. 96. 33. 1 H 2 Netmask: 255. 0 Subnet: 128. 96. 33. 0 Ing. G. Fiorillo 40

Esempio Tutti gli host appartenenti ad una certa sottorete sono configurati con la medesima maschera, cioè esiste esattamente una maschera per ciascuna sottorete L’operazione di AND bit a bit tra l’indirizzo dell’host e la netmask definisce il numero di sottorete dell’host e di tutti gli altri host appartenenti alla stessa sottorete Ing. G. Fiorillo 41

Esempio Se H 1 sta inviando un pacchetto ad H 2, allora H 1 esegue l’AND bit a bit tra la propria netmask (255. 128) e l’indirizzo di H 2 (128. 96. 34. 139) Il risultato è 128. 96. 34. 128 che è differente dalla sottorete di H 1 non è in grado di consegnare direttamente il pacchetto sulla propria sottorete, quindi lo invia al proprio router di default R 1 Ing. G. Fiorillo 42

IP Pubblici e privati 1) Gli indirizzi pubblici sono allocati univocamente, ossia concessi in uso ad uno specifico soggetto, con attribuzione in ogni istante ad uno e un solo apparato sulla rete (o meglio ad una sola interfaccia di rete, nel caso di apparati mu lti- interfaccia). Questi sono gli indirizzi che permettono effettivamente di comunicare con qualsiasi altro sistema all’interno della rete Internet e che compaiono nelle "intestazioni", o "header" dei vari pacchetti di dati che viaggiano sulla rete stessa. 2)Un indirizzo IP privato invece, rappresenta un indirizzamento di rete destinato a reti locali. La sua assegnazione non è regolamentata da parte di nessun organismo. È possibile infatti decidere arbitrariamente che indirizzo associare ad un componente della propria rete locale. L’indirizzo IP, in teoria, identifica quindi univocamente uno specifico computer o nodo di rete all’interno della rete stessa. Nella pratica, la situazione è più articolata, ad esempio mediante il NAT (Network Address Translation ovvero "Traduzione degli Indirizzi di Rete"), sono modificati gli indirizzi IP dei pacchetti in transito su un sistema che agisce da router: in questo modo le connessioni effettuate da un insieme di computer vengono "presentate" verso l’esterno come un solo indirizzo IP. Questa tecnica è utilizzata sia per risparmiare indirizzi IP pubblici (in quanto costosi) sia per Ing. G. Fiorillo 43 "nascondere" dall’esterno una rete privata.

Il protocollo IP: roadmap Scopo. Modelli di servizio. Formato del pacchetto IP. Indirizzi IP. Relazione tra indirizzi fisici e IP. Subnetting. Configurazione di host. Ing. G. Fiorillo 44

Configurazione di Host Configurazione manuale dei parametri IP: 1. Aprire connessioni di rete 2. Aprire la connessione di rete desiderata 3. Scegliere Proprietà del protocollo TCP/IP Ing. G. Fiorillo 45

Configurazione di Host Ing. G. Fiorillo 46

Comando IPCONFIG ipconfig /all visualizza la configurazione IP corrente di ciascuna interfaccia di rete presente nella macchina: l Indirizzo IP l Subnet mask l Server DNS l …… Ing. G. Fiorillo 47

IP del vostro e-tutor Ing. G. Fiorillo 48

Test e diagnostica di rete Controllo della scheda di interfaccia Per testare il corretto funzionamento di una rete, esiste un'utility molto pratica fornita nel pacchetto base della maggior parte dei sistemi operativi: il ping. Il ping permette di inviare un pacchetto di dati ad un computer di rete e permette di valutare il tempo di risposta. Il ping invia pacchetti di dati, noti come richieste echo, a un computer remoto di una rete. Le richieste echo sono pacchetti che chiedono una risposta (un'eco) da parte del computer remoto per sapere se è stata stabilita una connettività di base con quel computer. Ping sull'indirizzo interno (127. 0. 0. 1), che rappresenta il vostro computer l test di loopback viene realizzato mediante l'esecuzione del ping all'indirizzo IP di loopback riservato, ossia 127. 0. 0. 1. Quando si esegue il ping 127. 0. 0. 1, i pacchetti della richiesta echo vengono inviati al computer stesso - Ing. G. Fiorillo 49

Test e diagnostica di rete Verifica della connettività a un computer della rete Se il test di loopback riesce, il successivo passo consiste nell'esecuzione del ping di un computer della rete per verificare se si riesce a stabilire la connettività con gli altri host della rete. Esempio: ping indirizzo ip host Esempio: provare il comando con ip del vostro vicino Ing. G. Fiorillo 50

Test e diagnostica di rete Utilizzo del comando Tracert (Trace Route) è un comando che fornisce un rapporto indicante l'instradamento subito dal pacchetto per raggiungere uno specificato host. Il rapporto elenca i computer o i router presenti nel percorso tra l'host di partenza e l’host di destinazione. Tracert www. liceoalfano 1. gov. it N. B. il comando Ping segnala solo se si riesce o meno a comunicare con un indirizzo remoto, il comando Tracert, invece, aiuta a stabilire esattamente il punto in cui la comunicazione viene eventualmente interrotta. Ing. G. Fiorillo 51

Risoluzione dei più comuni problemi di connessione di rete 1. Controllare la scheda e il cavo. Accertarsi che la scheda sia installata e funzionante, utilizzando Gestione periferiche nella finestra di dialogo Proprietà del sistema in Pannello di controllo, e che il cavo sia inserito nella scheda. Se la scheda è installata, ne verrà visualizzata l'icona in Connessioni di rete. Se il cavo non è collegato, sull'icona sarà visualizzata una X di colore rosso. 2. Se la scheda è collegata e sembra essere funzionante, utilizzare il comando Ping per eseguire il ping dell'indirizzo di loopback e successivamente degli altri host della rete 3. Se il test di loopback funziona, ma non si accedere agli altri host, confrontare l'indirizzo IP e la subnet con quelli degli altri host della stessa subnet. Per comunicare con gli altri computer della rete, si deve utilizzare un indirizzo IP compreso nello stesso intervallo e la subnet mask corretta. Se le informazioni non sono corrette, eseguire nuovamente l'installazione guidata rete oppure configurare manualmente le impostazioni TCP/IP se necessario. Per risolvere il problema è possibile fare clic con il pulsante destro del mouse sull'icona della connessione LAN in Connessioni di rete e scegliere Ing. G. Fiorillo 52 Ripristina.

Risoluzione dei più comuni problemi di connessione di rete 4. Se si riesce ad eseguire il ping degli host presenti sulla rete locale, ma non degli host di una subnet remota, è possibile che il gateway predefinito non sia attivato. 5. Se si riesce a eseguire il ping della rete, ma non si accedere a Internet, è possibile che non siano corretti l'indirizzo del gateway predefinito della connessione Internet (se definita) o gli indirizzi dei server DNS dell'ISP. Ing. G. Fiorillo 53

Un caffè prima del test? Ing. G. Fiorillo 54