Telematica di Base

Il Protocollo IP

  23 maggio 2006

Funzioni del livello network:

forwardingtable

Routing protocols• path selection• RIP, OSPF, BGP

IP protocol• addressing conventions• datagram format• packet handling conventions

ICMP protocol• error reporting• router “ signaling”

Transport layer: TCP, UDP

Link layer

physical layer

Networklayer

  33 maggio 2006

IP Addressing: IPv4 IP address: identificatori a 32-bit associati all’i nterfaccia (di un host o di un router)

interfaccia: connessione verso il link fisico di trasmissione

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

  43 maggio 2006

IP Addressing IP address:

network part (high order bits)

host part (low order bits)

Cosa è una rete ? (dal punto di vista del protocollo IP) Interfaccia comune con il medesimo IP address

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

La rete consiste di 3 reti IP(i primi 24 bit definiscono l’indirizzo delle reti)

LAN

IP Addressing

Come si fa a capire quali sono le reti IP?

Considerare l’ interfaccia

Creare delle isole

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

Rete di sei reti

  63 maggio 2006

IP Address

0network host

10 network host

110 network host

1110 multicast address

A

B

C

D

class1.0.0.0 to127.255.255.255

128.0.0.0 to191.255.255.255

192.0.0.0 to223.255.255.255

224.0.0.0 to239.255.255.255

32 bits

La struttura degli indirizzi:

  73 maggio 2006

IP Address Classes

Class A: For very large organizations 16 million hosts allowed

Class B: For large organizations 65 thousand hosts allowed

Class C For small organizations 255 hosts allowed

Class D Multicast addresses No network/host hierarchy

  83 maggio 2006

Indirizzamento per classe

Proprietàunicogerarchico: network + host

Dot Notation10.3.2.4128.96.33.81192.12.69.77

Network Host7 24

0A:

Network Host14 16

1 0B:

Network Host21 8

1 1 0C:

  93 maggio 2006

IP addressing: CIDR Indirizzamento via classi:

Uso poco efficiente dello spazio degli indirizzi: la classe B alloca indirizzi per 65K host anche se la rete ne richiede solamente 2k

CIDR: Classless InterDomain Routing Indirizzi di lunghezza arbitraria, formato: a.b.c.d/x, dove x è # di bit che definisce la rete.

 11001000  00010111  00010000  00000000network host

200.23.16.0/23

  103 maggio 2006

NIC Per evitare conflitti, gli indirizzi di rete sono assegnati dal NIC (Network Information Center www.internic.net)

  113 maggio 2006

IP addressing: the last word...

Q: How does an ISP get block of addresses?

A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbersallocates addressesmanages DNSassigns domain names, resolves disputes

  123 maggio 2006

Autorità di dominio Mentre i numeri IP (nomi fisici) vengono assegnati dal NIC in blocchi di tipo A, B o C, i domini Internet (nomi logici) vengono assegnati singolarmente da specifiche autorità che gestiscono ciascun dominio radice

Domini commerciali.com www.iana.com

Difesa USA.mil www.nic.mil

Organizzazioni internazionali.int www.iana.org/int.html

  133 maggio 2006

Autorità di dominio Service Provider .net

www.iana.org Italia .it

www.nic.it Germania .de

www.nic.de

  143 maggio 2006

Il dominio it In Italia al 18 dicembre 2000, erano registrati 418.000 domini di secondo livello con radice .it (nel 1994 erano solo 153!)

Germania (.de): 3.650.0000; Regno unito (.uk): 2.500.000

In Italia nel sito www.nic.it si trovano: Registration Authority Italiana: È l’ organismo responsabile dell’ assegnazione dei nomi per il dominio .it

Naming Authority ItalianaÈ l’ organismo che stabilisce le procedure operative ed il regolamento in base al quale opera la Registration Authority

  153 maggio 2006

Statistiche

  163 maggio 2006

Autorità La Registration Authority non dialoga direttamente con gli interessati a registrare un dominio.

Esistono organizzazioni, dette "maintainer", che offrono il servizio di registrazione dei domini a privati e società.

  173 maggio 2006

Unicast: Point to Point

R

Sender Problema: Inviare gli stessi dati a diversi receiver è poco efficiente

EsempiTeleconferenze,Sistemi per la gestione delle quotazioni bancarie

Giochi interattivi su internet

  183 maggio 2006

Multicast

R

SenderInvio di pacchetti da

un unico sender a diversi receivercon un singola operazione di 

spedizione

  193 maggio 2006

Multicasting Normalmente le comunicazioni IP coinvolgono un solo processo (applicazione) mittente ed un solo processo ricevente

In alcune applicazioni è però utile che i processi possano comunicare con un gran numero di riceventi (esempi: trasmissione di quotazioni di borsa, gestione di teleconferenze)

Gli indirizzi di classe D servono per comunicare uno a molti

  203 maggio 2006

Multicasting Ogni indirizzo di classe D identifica un gruppo di host. Sono disponibili 28 bit per identificare i gruppi, quindi possono esistere oltre 250 milioni di gruppi contemporaneamente.

Quando un processo spedisce un pacchetto ad un indirizzo di classe D, viene fatto un tentativo best-efforts di consegnarlo a tutti i membri del gruppo, ma non vengono fornite garanzie.

  213 maggio 2006

Gruppo Multicast Ogni gruppo multicast possiede un indirizzo IP (indirizzi di classe D)

ProblematicheProtocollo per gestire l’ appartenenza di un host ad un gruppo

Routing per un gruppo multicast

  223 maggio 2006

Appartenenza ad un gruppo

Network 1

Host 1 invia dei pacchettiNessun msg al gruppoPacchetti rimangono nella Net1

Network 2Router

1

2 4

3

  233 maggio 2006

Appartenza ad un gruppo

Network 1

Host 3 si unisce al gruppo Invia Membership Report message

Router effettua il forward dei pacchetti sulla Net 2

Host 3 lascia il gruppo Invia Leave Group message

Network 2Router

1

2 4

33Membership Report

33Leave Group

  243 maggio 2006

Multicast Routing Problema?

Determinare gli host che appartengono ad un gruppo multicast

Struttura ad albero Minimizzare il traffico Minimizzare la struttura del router Scalabile Affidabile

  253 maggio 2006

A

B

G

DE

c

F

A

B

G

DE

c

F

(a) Broadcast initiated at A (b) Broadcast initiated at D

Spanning Tree First construct a spanning tree Nodes forward copies only along spanning tree

  263 maggio 2006

A

B

G

DE

c

F1

2

3

4

5

(a) Passi della costruzione  dell'albero di copertura

A

B

G

DE

c

F

(b) Albero di copertura costruito

Costruire l'albero Center node Each node sends unicast join message to center node Message forwarded until it arrives at a node already belonging to spanning tree

Multicast Routing Goal: find a tree connecting routers having local mcast group members tree: not all paths between routers used source-based: different tree from each sender to rcvrs

shared-tree: same tree used by all members

Shared tree Source-based trees

Approaches for building mcast treesApproaches: source-based tree: one tree per source shortest path trees reverse path forwarding

group-shared tree: group uses one tree minimal spanning (Steiner) center-based trees

Reverse Path Forwarding

if (mcast datagram received on incoming link on shortest path back to center)

then flood datagram onto all outgoing links

else ignore datagram

rely on router’s knowledge of unicast shortest path from it to sender

each router has simple forwarding behavior:

Reverse Path Forwarding: example

• result is a source-specific reverse SPT– may be a bad choice with asymmetric links

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

router with attachedgroup member

router with no attachedgroup member

datagram will be forwarded

LEGENDS: source

datagram will not be forwarded

Pruning forwarding tree contains subtrees with no mcast group members no need to forward datagrams down subtree

“ prune” msgs sent upstream by router with no downstream group members

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

router with attachedgroup member

router with no attachedgroup member

prune message

LEGENDS: source

links with multicastforwarding

P

P

P

  323 maggio 2006

Pruning: Un esempio

R5 R6

R3R2

R1

R4 R7

Sender

Receiver

Prune PrunePrune

Prune

  333 maggio 2006

Join

R5 R6

R3R2

R1

R4 R7

Sender

Receiver 1MembershipReport

Receiver 2

Receiver 2 si iscrive al gruppo 

multicast

Join di Receiver 2 determina la rimozione del pruning  (fino al Sender).

Graft

Prune State

Graft

  343 maggio 2006

GARR Il GARR (Gruppo Armonizzazione Reti di Ricerca

www.garr.it) è una commissione istituita dal MIUR nel 1988 per uniformare e sviluppare le reti scientifiche italiane; la rete GARR nacque nel marzo 1989.

La struttura attuale è attiva dal 11/95, e comprende due livelli: backbone: trasporta il traffico nazionale; i poli

sono CILEA, CNUCE, CINECA, CNAF, Gran Sasso, Roma1/INFN, Frascati/ENEA

periferia: include domini periferici che trasportano solo il traffico locale al dominio stesso e sono collegati a uno o più domini del backbone

Per la parte internazionale esiste un dominio di routing detto NAP (Network Access Point) che comprende i router direttamente connessi ai link internazionali

Il dato più interessante rilevabile è che il traffico Internet internazionale ricevuto supera di parecchie volte quello trasmesso.

  353 maggio 2006

IPv6 Motivazione principale: Spazio degli indirizzi a 128-bit (si prevede che sia completato nel 2008)

Altre motivazioni:Formato semplificato per permettere una elaborazione piu’ veloce

Informazioni per QoS

  363 maggio 2006

Da IPv4 a IPv6 Upgrade incrementale dei router

Nessun giorno limitePossibilità di operare sia con IPv4 che con IPv6

Diverse soluzioni possibiliTunneling

  373 maggio 2006

Tunneling I datagram Ipv6 sono incapsulati come dati all’ interno della parte dati dei datagram IPv4

  383 maggio 2006

TunnelingA B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

tunnelLogical view:

Physical view:A B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6IPv4 IPv4

  393 maggio 2006

TunnelingA B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

tunnelLogical view:

Physical view:A B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

C D

IPv4 IPv4

Flow: XSrc: ADest: F

data

Flow: XSrc: ADest: F

data

Flow: XSrc: ADest: F

data

Src:BDest: E

Flow: XSrc: ADest: F

data

Src:BDest: E

A-to-B:IPv6

E-to-F:IPv6

B-to-C:IPv6 inside

IPv4

B-to-C:IPv6 inside

IPv4