Protocollo Internet IP

Protocollo Internet (IP): inoltro e indirizzamento in Internet

Adesso ci concentreremo sulle modalità d’indirizzamento e d’inoltro in Internet, cioè

nell’ambito dell’Intenet Protocol (IP).Attualmente sono in uso due versioni di IP: il

protocollo IP versione 4, ampiamente adottato, detto IPv4 e la versione 6 di IP,

proposta in sostituzione di IPv4. Consideriamo i componenti di Internet a livello di rete.

Come mostrato in figura, il primo è il protocollo IP, il secondo è il protocollo

d’instradamento, che determina il percorso che i datagrammi seguiranno per giungere

a destinazione e l’ultimo è costituito dalla capacità di riportare gli errori nei

datagrammi e di rispondere a determinate richieste di informazioni a livello di rete.

Formato dei datagrammi

Un pacchetto a livello di rete viene detto datagramma. I principali campi dei

datagrammi IPv4 sono i seguenti:

 Numero di versione. Questi quattro bit, che specificano la versione del

protocollo IP del datagramma, consentono al router la corretta interpretazione

del datagramma; infatti, versioni diverse di IP hanno differenti formati per i

datagrammi.

 Lunghezza dell’intestazione. Un datagramma IPv4 può contenere un numero

variabile di opzioni(incluse nell’intestazione), e questi 4 bit indicano dove

iniziano effettivamente i dati del datagramma. La maggior parte dei

datagrammi IP non contiene opzioni, pertanto il tipico datagramma IP ha

un’intestazione di 20 byte.

 Tipo di servizio. I bit relativi al tipo di servizio (TOS)sono stati inclusi

nell’intestazione IPv4 per distinguere diversi tipi di datagrammi. Spesso è utile

distinguere datagrammi in tempo reale(usati nelle applicazioni di telefonia) da

altro traffico (ad esempio,FTP).

 Lunghezza del datagramma. Rappresenta la lunghezza totale del datagramma

IP,intestazione più dati, misurata in byte. Poiché questo campo è lungo 16 bit, la

massima dimensione dei datagrammi IP è 65535 byte, anche se raramente

questi superano i 1500.

 Identificatore,flag,spiazzamento di frammentazione. Questi tre bit hanno a che

fare con la cosi detta frammentazione. Occorre rilevare che IPv6 non consente

frammentazione presso i router.

 Tempo di vita. Il campo time-to-live (TTL) è stato incluso per assicurare che i

datagrammi non restino in circolazione per sempre nella rete. Questo campo

viene decrementato di una unità ogni volta che il datagramma è elaborato da

un router, e quando raggiunge 0 il datagramma deve essere eliminato.

 Protocollo. Questo campo è usato solamente quando il datagramma raggiunge

la destinazione finale. Il valore del campo indica lo specifico protocollo a livello

di trasporto al quale vanno passati i dati del datagramma. Ad esempio, il valore

6 indica che i dati sono destinati a TCP, mentre il valore 17 designa UDP. Il

numero di protocollo nel datagramma IP ha un ruolo analogo a quello del campo

numero di porta nel segmento a livello di trasporto. Il numero di protocollo è

l’anello di collegamento tra i livelli di rete e di trasporto, mentre il numero di

porta è il “collante” che lega i livelli di trasporto e di applicazione.

 Checksum dell’intestazione. Consente ai router di rilevare gli errori sui bit nei

datagrammi ricevuti. E’ calcolata trattando ogni coppia di byte dell’intestazione

come numeri che sono poi sommati in complemento a 1. Un router calcola tale

valore per ciascun datagramma IP ricevuto e rileva una condizione di errore se

la checksum trasportata nell’intestazione del datagramma non corrisponde a

ca

quella calcolata. I router normalmente scartano i datagrammi in cui si verifi

un errore. Notiamo che la checksum deve essere calcolata e memorizzata

su ogni router,come anche il campo TTL e i campi opzione, che possono

cambiare.

 Indirizzi IP d’origine e destinazione. Quando un host crea un datagramma,

inserisce il proprio indirizzo IP nel campo indirizzo IP origine e quello della

destinazione nel campo indirizzo IP destinazione. Spesso l’host origine

determina l’indirizzo di destinazione attraverso una ricerca DNS.

 Opzioni. Questi campi consentono di estendere l’intestazione IP. Le opzioni

dell’intestazione sono state concepite per un utilizzo sporadico. Da qui la

decisione di non includere l’informazione dei campi opzione nell’intestazione di

tutti i datagrammi.

 Dati(carico utile).Nella maggior parte dei casi, il campo contiene il segmento a

livello di trasporto(TCP o UDP) da consegnare alla destinazione.

I datagrammi IP hanno 20 byte d’intestazione, escludendo le opzioni, ma i datagrammi

che trasportano segmenti TCP,ne hanno 40: 20 d’intestazione IP più 20 d’intestazione

TCP. Frammentazione dei datagrammi IP

Vedremo che non tutti i protocolli a livello di collegamento possono trasportare

pacchetti della stessa dimensione a livello di rete.

La massima quantità di dati che un frame a livello di collegamento può trasportare è

detta unità massima di trasmissione (MTU).Dato che,per il trasporto da un router a un

altro, i datagrammi IP sono incapsulati in frame a livello di link, la MTU di questo

protocollo pone un limite rigido alla lunghezza dei datagrammi IP. Tale limite non

costituisce un problema in sé, ma la difficoltà è dovuta al fatto che le tratte del

percorso tra mittente e destinatario possono utilizzare differenti protocolli a livello di

collegamento, e ciascuna tratta può avere differenti MTU.

La soluzione consiste nel frammentare i dati del datagramma IP in due o più

datagrammi IP più piccoli, detti frammenti, e quindi trasferirli sul collegamento

d’uscita.

I frammenti dovranno però essere riassemblati prima di raggiungere il livello di

trasporto alla destinazione. Infatti ,TCP e UDP si aspettano di ricevere segmenti

completi, da parte del livello di rete. I progettisti di IPv4 decisero di assegnare il

compito del riassemblaggio dei datagrammi ai sistemi terminali anziché ai router

interni.

Quando un host di destinazione riceve una serie di datagrammi dalla stessa origine,

deve individuare i frammenti, determinare quando ha ricevuto l’ultimo, e stabilire

come debbano essere assemblati per formare il datagramma originario. Per consentire

all’host di destinazione di svolgere questo compito, i progettisti hanno posto nel

datagramma IP i campi identificazione, flag e spiazzamento di frammentazione.

Quando crea un datagramma, l’host lo contrassegna con un numero identificativo e

con gli indirizzi d’origine e di destinazione. Generalmente, l’host d’invio incrementa

l’identificativo di ciascun datagramma che invia. Quando il router frammenta il

datagramma, contrassegna i frammenti con gli indirizzi d’origine e di destinazione e

con l’identificatore numerico del datagramma originario. Quando la destinazione

riceve una serie di datagrammi dallo stesso host mittente, può esaminare gli

identificatori per determinare i frammenti di uno stesso datagramma. Poiché IP

fornisce un servizio non affidabile, alcuni frammenti potrebbero non giungere mai a

destinazione. Per questo motivo, affinché l’host destinazione sia assolutamente certo

di aver ricevuto tutti i frammenti e sia in grado di riassemblarli in modo corretto,

l’ultimo ha un bit posto a 0, mentre in tutti gli altri è posto a 1, e si utilizza il campo

spiazzamento per specificare l’esatto ordine che questi avevano originariamente

all’interno del datagramma IP.

Se qualche frammento non arriva a destinazione , il datagramma incompleto viene

scartato senza essere inoltrato al livello di trasporto. Ma questo recupererà la perdita

facendo ritrasmettere dall’origine i dati del datagramma originario.

Indirizzamento IPv4

E’ ora necessario soffermarci sul modo in cui gli host e i router vengano connessi per

formare una rete. Generalmente un host ha un solo collegamento con la rete; quando

l’IP dell’host vuole inviare un datagramma, lo fa su tale collegamento. Il confine tra

host e collegamento fisico viene detto interfaccia. Invece, dato che il compito di un

router è ricevere datagrammi da un collegamento e inoltrarli su un altro, questi

devono necessariamente essere connessi ad almeno due collegamenti.

Anche il confine tra un router e i suoi collegamenti è chiamato interfaccia .Il router

presenta più interfacce,una su ciascuno dei suoi collegamenti. Poiché ogni host e ogni

router sono in grado d’inviare e ricevere datagrammi, IP richiede che tutte le

interfacce abbiano un proprio indirizzo IP. Pertanto, l’indirizzo IP è tecnicamente

associato a un’interfaccia, anziché all’host o al router che la contiene.

Gli indirizzi IP sono lunghi 32 bit(4 byte), e quindi ci sono in totale 2 indirizzi IP, cioè

circa 4 miliardi. Tali indirizzi sono solitamente scritti nella cosiddetta notazione

decimale puntata, in cui ciascun byte dell’indirizzo viene indicato in forma decimale ed

è separato con un punto dagli altri byte dell’indirizzo.

Ad esempio nell’indirizzo IP 193.32.216.9 il numero 193 è l’equivalente decimale dei

primi 8 bit dell’indirizzo;32 è l’equivalente dei secondi 8, e così via. Pertanto, l’indirizzo

193.32.216.9 in notazione binaria diventa

11000001 00100000 11011000 00001001

Ogni interfaccia di host e router di Internet ha un indirizzo IP globalmente univoco. Tali

indirizzi non possono essere scelti in modo arbitrario. Una parte dell’indirizzo di

un’interfaccia è determinata dalla sottorete cui è collegata.

La figura mostra un router (con tre interfacce) che connette sette host. I tre a sinistra

e l’interfaccia del router cui sono connessi hanno un indirizzo IP della forma

233.1.1.xxx: ossia i 24 bit più a sinistra nell’indirizzo IP sono identici. Le quattro

interfacce sono anche interconnesse da una rete che non contiene router. Se questa

rete fosse una LAN Ethernet, le interfacce sarebbero interconnesse da un hub o da uno

switch Ethernet. Per IP, questa rete che interconnette tre interfacce di host e

l’interfaccia di un router forma una sottorete. Le sottoreti sono anche chiamate reti IP

o semplicemente reti. IP assegna a questa sottorete l’indirizzo 223.1.10/24, dove la

notazione /24, detta anche maschera di sottorete, indica che i 24 bit più a sinistra

dell’indirizzo definiscono l’indirizzo della sottorete. Di conseguenza, la sottorete

223.1.1.0/24 consiste di tre interfacce di host (223.1.1.1,223.1.1.2,223.1.1.3) e un’di

un’interfaccia di router (223.1.1.4).Ogni altro host connesso alla sottorete 223.1.1.0/24

deve avere un indirizzo della forma 223.1.1.xxx.La figura riporta gli indirizzi delle tre

sottoreti.

E’ detta sottorete una rete isolata i cui punti terminali sono collegati all’interfaccia di

un host o di un router.

In linea di principio, le diverse sottoreti potrebbero avere indirizzi alquanto differenti;

anche se in pratica questi presentano molti punti in comune.

La strategia di assegnazione degli indirizzi Internet è detta Classless Interdomain

Routine.(CIDR)L’indirizzo IP viene diviso in due parti e mantiene la forma decimale

puntata a.b.c.d/x, dove x indica il numero di bit nella prima parte dell’indirizzo.

Gli x bit più a sinistra di un indirizzo della forma a.b.c.d/x costituiscono la porzione di

rete dell’indirizzo IP, e sono spesso detti prefisso ( di rete) dell’indirizzo. A