Livello di Rete

Livello di rete

Lo strato di rete si occupa del trasferimento di dati tra gli host che prendono parte a una comunicazione via rete; viene suddiviso in:

• Data Plane, parte di protocolli che si occupano del trasferimento delle informazioni: IP
• Control Plane, parte di protocolli che si occupano del supporto ai primi: ICMP, ARP, RARP, OSPF e RIP

Funzioni assegnate al livello di rete

A questo livello sono assegnate le funzioni di:

• Indirizzamento: identificazione dell’interfaccia univoca di rete di un host/router
• Inoltro: inoltro dei pacchetti da un’interfaccia a un’altra di router
• Instradamento: ricerca del percorso da far seguire ai pacchetti da una data sorgente a una data fine (algoritmi di routing)

Data Plane

Perché avvenga il corretto trasferimento dei segmenti dello strato di trasporto si ha che questi vengono preventivamente incapsulati in datagram, i quali vengono successivamente inoltrati hop-by-hop dalla sorgente alla destinazione, nella quale vengono infine passati allo strato di trasporto; i protocolli di questa famiglia sono implementati in ogni host e in ogni router.

Per il trasferimento dei dati si utilizza un approccio best effort senza connessione; ogni volta che un router riceve un datagram ne legge l’header per decidere come inoltrarlo: questo avviene sulla base dell’indirizzo di destinazione presente nell’header stesso del datagramma e di una tabella di instradamento presente in ogni nodo. Ciò implica che pacchetti con la stessa destinazione provenienti dallo stesso nodo possano seguire strade diverse in base alle tabelle (dinamiche) contenute nei nodi che attraversano.

Indirizzi IPv4

Gli indirizzi IPv4 sono costituiti da un numero binario di 32 bit, diviso in 4 gruppi da un byte, generalmente riportati in base 10, che possono avere valore compreso da 0 a 255; ogni indirizzo è associato in modo univoco a un’interfaccia di rete di un host o di router, ognuno dei quali può avere più interfacce di rete, e ha valenza in tutte la rete.

Quando si assegna alle interfacce di una rete IP un blocco di indirizzi, questi sono contrassegnati dai primi n bit uguali: questa porzione dell’indirizzo prende il nome di prefisso o identificativo di rete (NetID) ed è seguita dall’identificativo specifico di ogni host (HostID); il numero di bit assegnato alle due porzioni dipende dal tipo di rete (la somma è sempre uguale a 32).

Per l’assegnazione di indirizzi di rete si utilizza il Classless Inter-Domain Routing (CIDR), sviluppato negli anni ’90 e sostitutivo del sistema Classful: gli indirizzi assegnati a una rete vengono rappresentati simbolicamente con la notazione x.y.z.w/n, dove x.y.z.w rappresenta il primo indirizzo assegnato alla rete e /n la netmask. Questa è un numero binario di 32 bit associato ad una rete IP composto da n bit settati a 1, rappresentanti il numero di bit dell’indirizzo assegnati al NetID, e i restanti a 0.

Nei sistemi classful vi sono invece cinque classi (A, B, C, D ed E) di indirizzi le quali prevedono una dimensione fissa per la parte di rete (e quindi una porzione prestabilita di indirizzi): questo porta a NetID poco ottimizzate per il reale numero di host che necessitano gestire e allo spreco di numerosi indirizzi; al tempo stesso, però, permetteva una gestione semplificata del routing grazie al fatto che bastava che un router esaminasse i primi bit del primo byte per determinare il NetID di un indirizzo, ovviando così al bisogno di riportare la netmask nelle tabelle di routing e nei messaggi.

In genere, una rete IP rappresenta un insieme di interfacce fisicamente interconnesse (attraverso switch e hub) e, perché questa possa comunicare con altre reti, è solitamente presente almeno un router; è importante notare come ogni host possa avere più interfacce di rete (dual homing) e come ognuna di esse debba appartenere a reti IP diverse.

Indirizzi privati e speciali

Esistono blocchi di indirizzi, detti indirizzi privati, utilizzabili da chiunque all’interno di una rete locale; questi sono divisi in tre blocchi:

• Da 10.0.0.0 a 10.255.255.255
• Da 172.16.0.0 a 172.31.255.255
• Da 192.168.0.0 a 192.168.255.255

Un pacchetto contenente come destinazione un indirizzo privato non verrà mai inoltrato da un router verso una sua interfaccia pubblica.

Vi sono poi degli indirizzi speciali:

• Indirizzo di broadcast diretto: il campo HostID viene posto tutto a 1 e ha la funzione di mandare un messaggio di broadcast nella rete indicata nel campo NetID (il broadcast viene eseguito solo dal router della rete di destinazione, mentre quelli di transito lo trattano come un normale pacchetto).
• Indirizzo di broadcast limitato: è composto da soli 1 e assume il significato di un indirizzo di broadcast nella stessa rete di chi invia il pacchetto, il quale non può oltrepassare il router di indirizzo 255.255.255.255 (usato nel campo destinazione). Il router stesso della rete lo inoltra ai livelli superiori.
• Indirizzo di rete: il campo HostID viene posto tutto a 0 e ha la funzione di indicare la rete il cui indirizzo è contenuto nel campo NetID (utilizzato solo nelle tabelle di instradamento).
• Indirizzo di un host: il campo NetID viene posto tutto a 0 e l’indirizzo rappresenta l’host il cui indirizzo è contenuto nel campo di host sulla stessa rete del mittente (unicast limitato).
• Indirizzo del mittente: tutto l’indirizzo viene posto a zero e questo rappresenta il mittente stesso del pacchetto (usato nel campo sorgente quando, ad esempio, il mittente non conosce il proprio indirizzo IP).
• Indirizzo di loopback: il primo byte viene posto a 127 e tutti gli altri vengono lasciati generici (generalmente posti a 0) per permettere a un host di mandare un pacchetto a sé stesso (ad esempio durante eventuali test delle funzionalità di rete).

Gestione degli indirizzi IP

L’assegnamento degli indirizzi IP avviene per mezzo della IANA – Internet Assigned Numbers Authority – la quale coordina l’assegnazione degli indirizzi su base mondiale ai RIR – Regional Internet Registries; questi, cinque in tutto il mondo, ricevono in genere gruppi di indirizzi /8 che provvedono successivamente ad assegnare ai Local Internet Registries (ISP o istituzioni che, a loro volta, possono assegnare prefissi di rete ai propri clienti).

Nota: attualmente tutti gli indirizzi IPv4 sono esauriti e, per queste, si sta pas...