Appunti di Fondamenti di Telecomunicazioni

LIVELLO DI RETE

Lo strato di trasporto realizza la comunicazione tra due processi applicativi.

Il livello di rete si incarica di trasferire i dati tra gli host che ospitano i processi applicativi comunicanti.

Le operazioni fondamentali sono:

o Inoltro (Forwording): trasferimento fisico delle informazioni nel router dall’ingresso all’uscita

o Instradamento (Routing): processo che determina percorso che devono percorrere i pacchetti dal mittente al

destinatario; vi sono algoritmi di Routing che permettono di stabilire quale sia il percorso migliore per il

pacchetto; può essere di tipo diverso (centralizzato vs distribuito, statico vs dinamico, manuale vs dinamico)

FORWORDING:

Il metodo di trasferimento è la commutazione di pacchetto: ogni nodo intermedio legge il contenuto del pacchetto, il

nodo di rete implementa tutti i primi tre livelli (fisico, dati, rete) perché deve far transitare le informazioni capendo il

miglior percorso ma non i livelli successivi.

Il livello di rete potrebbe garantire dei servizi che sono tipici del TCP e quindi offre il suo servizio Best Effort (il

massimo impegno possibile).

I segmenti dello strato di trasporto vengono trasferiti dall’host sorgente all’host destinazione. I protocolli dello strato

di rete sono implementati in ogni host e router. I router esaminano i campi dell’header di ogni pacchetto IP che li

attraversa (pacchetti inoltrati hop-by-hop fino a destinazione).

L’indirizzo IP è un numero binario di 32 bit diviso in quattro ottetti (da 00000000 a 11111111). Normalmente si scrive

in dotted decimal notation ossia con cifre da 0 a 255 in base 10. È associato in maniera univoca ad un’interfaccia di

rete di un host o di un router (router e host possono avere più interfacce di rete). Ha una valenza universale e

l’instradamento del pacchetto si basa sull’IP del destinatario. Ogni gestore di rete ha a disposizione un blocco di

indirizzi che distribuisce alle interfacce dei singoli apparati).

Ogni sottorete è identificata da un prefisso di rete (NetID) seguito da un HostID di 32-n bit che identificano un host

specifico. Una rete IP (identificata da NetID) è un insieme di interfacce fisicamente interconnesse con switch e hub. Le

card fisiche degli host sono identificate da un indirizzo MAC. È necessario che ci sia un router con un’interfaccia

collegata alla rete IP per comunicare con altre reti IP.

Anche un host può avere più interfacce di rete (dual homing); ogni interfaccia di un router e di un host deve

appartenere a reti IP diverse; non si possono assegnare due interfacce dello stesso apparato alla stessa rete IP.

L’indirizzo di una rete IP si ottiene ponendo a 0 tutti i bit di HostID.

La netmask è un numero binario di 32 bit associato ad una rete IP: inizia con n bit di 1 pari alla lunghezza del NetID, i

restanti 32-n bit sono a 0. Essa indica quali bit si un indirizzo IP sono assegnati al NetID. 16

Esistono notazioni alternative alla netmask: dato un NetID 130.86.0.0 rappresenta tutti i 2 indirizzi IP che tutti

iniziano con il pattern 10000010.01010110, questo si può scrivere come 130.86.0.0 + netmask 255.255.0.0 oppure

130.86.0.0/16 dove il 16 rappresenta il numero di posizioni occupate dalla netmask oppure 130.86.*.*

L’IP è una tecnica di internetworking: nel trasferimento di pacchetti tra due host si serve della capacità di inoltro delle

reti attraversate.

o Inoltro diretto: destinazione è nella stessa rete IP, NetID uguale, rete locale coincide con rete IP. L’entità IP di

B deve spedire un pacchetto all’indirizzo IP-A, B conosce l’indirizzo IP-B e dal confronto con IP-A capisce che A

si trova nella stessa rete, B consulta una tabella di corrispondenza tra indirizzi IP e indirizzi MAC per reperire

MAC-A, l’entità IP-B passa il pacchetto al livello inferiore che crea un pacchetto con destinazione MAC-A.

Src-MAC=MAC-B Src-IP=IP-B payload

dst-MAC=MAC-A dst-IP=IP-A

o Inoltro indiretto: destinazione non è nella stessa rete IP, NetID diverso. L’entità IP di B deve spedire

all’indirizzo IP-D=131.17.23.4, B conosce l’indirizzo IP della rete a cui appartiene e capisce che D non

appartiene alla sua sottorete, B deve inoltrare il pacchetto ad un router di default, B recupera l’indirizzo MAC

del router nella tabella di corrispondenza e passa il pacchetto al livello inferiore.

Src-MAC=MAC-B Src-IP=IP-B payload

dst-MAC=MAC-C dst-IP=IP-D

Trasmissione di pacchetti nelle reti locali attraversate si basa sugli indirizzi MAC del livello dati dei dispositivi.

Anche i router seguono le tecniche di inoltro diretto e indiretto ma:

o Inoltro diretto: di solito hanno più di una interfaccia dove poter effettuare l’inoltro diretto

o Inoltro indiretto: si basa su tabelle di routing dove è definita la rotta di instradamento

Le caratteristiche dell’inoltro sono:

o Destination based: l’inoltro IP è basato sul solo indirizzo di destinazione

o Next hop routing: nelle tabelle di routing per ogni rete di destinazione è indicato solo il router successivo nel

percorso verso la destinazione, instradamento hop-by-hop

L’inoltro avviene da router a router attraverso le reti IP. I router inoltrano i pacchetti basandosi sulla parte di NetID

dell’indirizzo di destinazione. Tutti gli host che appartengono alla rete di destinazione sono identificati nelle tabelle di

routing da un singolo prefisso di rete (Address Aggregation).

Destination prefix Next-hop Output interface

24.40.32/20 192.41.177.148 2

130.86/16 191.41.177.181 6

208.12.16/20 192.41.177.241 4

208.12.21/24 192.41.177.196 1

167.24.103/24 192.41.177.148 2

Per inoltrare un pacchetto occorre capire se appartiene alla sottorete delle interfacce. Per effettuare la verifica di fa

un AND bit a bit tra l’indirizzo dell’interfaccia e la netmask e tra l’indirizzo di destinazione e la netmask. Se i due

risultati coincidono allora la sottorete è la stessa e si procede con l’inoltro diretto.

Se i confronti con le interfacce sono negativi occorre procedere con un inoltro indiretto. Occorre analizzare la tabella

di routing del router. Il confronto riga per riga si effettua con un AND usando la netmask relativa a ciascuna riga. Se il

confronto dà esito positivo per più righe della tabella viene selezionata la tabella con la netmask che ha il maggior

numero di 1 (longest prefix matching) perché corrisponde a una rotta più specifica.

Il default router dà sempre esito positivo ma la netmask è lunga 0 bit.

Esempio 1:

Dato un router con due interfacce di cui conosciamo indirizzo IP e netmask, l’indirizzo IP del destinatario e la tabella di

routing. Voglio capire se si tratta di inoltro diretto o indiretto.

1. Per inter. 1:

IP-dest 131.175.21.81 AND Netmask 255.255.255.0 Con AND ottengo 131.175.21.0

IP-int 1 131.175.21.254 AND netmask 255.255.255.0 con AND ottengo 131.175.21.0

I due risultati sono uguali e quindi posso procedere con inoltro diretto perché il destinatario appartiene alla

sottorete del router dell’interfaccia 1.

2. Per inter. 2:

è inutile farlo perché posso appartenere solo a una interfaccia.

Esempio 2:

Dato un router con due interfacce di cui conosciamo indirizzo IP e netmask, l’indirizzo IP del destinatario e la tabella di

routing. Voglio capire se si tratta di inoltro diretto o indiretto.

1. Per inter. 1

IP-dest 131.175.16.65 AND netmask 255.255.255 con AND ottengo 131.175.16.0

IP-int 1 131.175.21.154 AND netmask 255.255.255.0 con AND ottengo 131.175.21.0

Destinatario non appartiene a sottorete di interfaccia 1.

2. Per inter. 2:

IP-dest 131.175.16.65 AND netmask 255.255.255.0 con AND ottengo 131.175.16.0

IP-int 2 131.175.12.253 AND netmask 255.255.255.0 con AND ottengo 131.

Destinatario non appartiene a sottoreti di interfaccia 2.

Sicuramente devo usare inoltro indiretto.

Confronto indirizzo IP-dest con netmask della prima riga della tabella di routing. Faccio il confronto tra NetID e

netmask. Vengono risultati diversi e quindi passo a riga successiva.

Svolgo le stesse operazioni per la riga 2 e viene lo stesso risultato. Ciò significa che potrebbe esserci un inoltro

indiretto nella seconda riga.

Pur avendo trovato una corrispondenza vado avanti con le righe e svolgo lo stesso procedimento.

Se si hanno più riscontri positivi si sceglie quello con la netmask più lunga.

ROUTING:

L’instradamento è alla base della funzionalità di rete implementata dai nodi. Consente a due nodi A e B non collegati

direttamente di comunicare tra loro mediante la collaborazione di altri nodi.

La politica di routing è quella che definisce i criteri di scelta del cammino nella rete per i pacchetti che viaggiano tra

nodi e dunque quella che costruisce le tabelle di routing che vengono usate dai nodi per il forwording.

La scelta del cammino migliore impatta sulla capacità. Nelle reti broadcast non vi sono nodi, il mezzo condiviso può

essere usato a turno e quindi la capacità massima coincide con il traffico massimo. Nelle reti magliate la trasmissione

di un pacchetto non occupa tutte le risorse di rete, più canali e cammini possono essere usati in parallelo.

Il tipo di inoltro condiziona la scelta delle politiche di routing. Il forwording IP è basato sull’indirizzo di destinazione

(destination-based) ed è collegato al nodo successivo (next-hop routing). Quindi i pacchetti che arrivano da mittenti

diversi ma con stessa destinazione, a un certo punto fanno lo stesso cammino. L’insieme dei cammini da ogni sorgente

verso una destinazione è un albero.

I requisiti di un algoritmo di instradamento sono: semplicità, robustezza, stabilità, ottimalità. Gli algoritmi possono

essere centralizzati (unico centro di controllo che prende le decisioni), distribuiti (tutti i nodi cooperano per

determinare il miglior instradamento), isolati (il nodo sorgente prende le proprie decisioni anche in base alle

informazioni chieste ad altri nodi). L’algoritmo richiede la definizione di una metrica: numeri di salti, capacità dei link,

ritardo medio, numero dei pacchetti in coda. Dopodiché si definisce la tabella di instradamento.

o Instradamento fisso (centralizzato): centro di controllo costruisce le tabelle di instradamento per tutti i nodi;

le tabelle vengono cambiate solo dopo aggiornamenti della topologia; poco flessibile perché non reagisce a

sovraccariche e guasti; consente un’accurata pianificazione di rete (traffic engineering).

o Instradamento dinamico (distribuito): tabella di routing varia nel tempo in base alle indicazioni che il router

riceve dagli altri router. In un protocollo di definiscono: la metrica per valutare il costo degli elementi di rete, i

precorsi migliori, la modalità di scambio dei messaggi. Le tabelle di routing si modificano per: cambiamenti

nella topologia della rete, guasti di link e nodi, congestione di rete.