Rete e Datagrammi

Reti (Computer Networks) - Capitolo 4: Livello di Rete

• Argomenti trattati nel capitolo: Visione d'insieme, protocollo IP (e DHCP, IPv6, il viaggio del pacchetto e come funziona un router), frammentazione, indirizzamento (indirizzamento classless e NAT), ARP (Address Resolution Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), protocolli di instradamento (link state: Dijkstra, Internet, AS, OSPF, distance vector: Bellman-Ford, RIP, BGP).

• Obiettivo del livello di rete: spostare pacchetti dal mittente al destinatario. Il mittente incapsula i segmenti nei datagrammi di livello 2, e poi in frame. Il ricevente recupera i segmenti e li consegna al livello di trasporto.

• Il livello di rete è composto da due funzioni: inoltro (forwarding) e instradamento (routing). Il forwarding opera a livello locale, spostando il pacchetto tra le uscite del router. Il routing, invece, si occupa della pianificazione di tutte le tappe del percorso, a livello globale.

• Data plane ("Piano dati"): funzione locale a ogni router, determina come inoltrare un datagramma da una porta di arrivo a una porta di uscita del router.

• Control plane ("Piano controllo"): logica globale di rete, determina come instradare un datagramma in un percorso end-to-end.

• MTU (Maximum Transmission Unit): limite di dati che una trasmissione può trasportare per un tipo di hardware. I router devono frammentare i datagrammi se il MTU della rete di destinazione è inferiore alla lunghezza del datagramma.

• Chi riassembla il datagramma: la destinazione finale (host di destinazione), non i router intermedi.

• Consegna diretta e indiretta: i router non connessi direttamente all'host di destinazione devono inoltrare i datagrammi usando i protocolli di instradamento.

• Conseguenze della perdita di frammenti: un datagramma frammentato non può essere ricomposto finché non arrivano tutti i frammenti. Il protocollo IP specifica un tempo massimo per l'attesa. I ritardi nella consegna di frammenti possono provocare questo timeout. La frammentazione a livello IP è, in pratica, disabilitata in Internet, per evitare problemi di sicurezza e gestione.

• Indirizzi IP: stringa di 32 bit associata a un'interfaccia di rete. Ogni interfaccia ha un indirizzo IP differente. Gli host e i router devono usare le stesse convenzioni di indirizzo, e ogni indirizzo pubblico deve essere unico.

• Notazioni per gli indirizzi IP: notazione decimale puntata (dotted decimal notation).

• Gerarchia degli indirizzi IP: gli indirizzi sono divisi in prefisso (network ID) e suffisso (host ID). Il prefisso identifica la rete, il suffisso l'host.

• Autorità per assegnazione indirizzi: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) autorizza i registrar ad assegnare blocchi di indirizzi ad Internet Service Providers (ISP).

• Indirizzamento Classless: elimina la divisione in classi degli indirizzi IP, consentendo l'assegnazione di prefissi più flessibili.

• Maschere di rete: 32 bit che indicano quali parti dell'indirizzo IP rappresentano il prefisso di rete e quali l'HostID. Questo è fondamentale per l'inoltro nelle reti di comunicazione.

• Notazioni CIDR: notazione che combina la notazione decimale puntata con il bit di lunghezza del prefisso (es. 192.168.1.10/24).

• Autorità di assegnazione degli indirizzi IP: ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)

• Indirizzi IP pubblici vs. privati: gli indirizzi privati sono usati nelle reti locali e non possono essere raggiungibili da Internet. Sono definiti da blocchi specificati. Gli indirizzi pubblici sono quelli usati per la connessione ad Internet.

• Network Address Translation (NAT): meccanismo che consente agli host con indirizzi IP privati di comunicare con Internet. Il NAT sostituisce gli indirizzi IP privati con indirizzi IP pubblici.

• Indirizzi IP speciali: indirizzi per broadcast, indirizzi multicast, indirizzi loopback ed indirizzi link-local. Sono riservati e non possono essere usati per l'assegnazione agli host.

• ICMP (Internet Control Message Protocol): protocollo utilizzato per segnalare errori o richiedere informazioni tra router. È un protocollo interdipendente da IP. ICMP si serve di IP per trasportare i messaggi.

• Sfruttamento ICMP: Ping è richiesto per verificare l'accoppiamento tra indirizzi IP e MAC. Traceroute invia datagrammi IP con TTL crescenti per determinare il percorso attraverso i router.

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): protocollo che consente l'assegnazione automatica degli indirizzi IP agli host.

• Procedure DHCP: i messaggi DHCP (discover, offer, request, ack) definiscono lo scambio di dati per l'assegnazione.

• Prestiti ("lease"): gli indirizzi IP assegnati da DHCP sono validi per un tempo limitato; una volta scaduto il prestito, l'host deve ottenere un nuovo indirizzo.

• Altri dettagli su DHCP: DHCP usa UDP (non affidabile). I client memorizzano i server DHCP in una cache per evitare richieste multiple, per cui sono necessari ritardi casuali.

• Formato dei messaggi DHCP: comprende campi per l'operazione, identificatore transazione, dati, indirizzo MAC e altre informazioni.

• Algoritmi di Routing, tipologie e considerazioni: -Algoritmi di Routing Link State (es Dijkstra): richiedono conoscenza completa della topologia della rete. -Algoritmi di Routing Distance Vector (es Bellman-Ford): richiedono solo conoscenza dei vicini immediati.

• Intra-AS Routing: descrive meccanismi per il routing all'interno degli Autonomous System (AS), che di solito usano il protocollo OSPF ("Open Shortest Path First").

• Inter-AS Routing: spiega come i diversi AS si interconnettono per lo scambio di informazioni, descrivendo il protocollo BGP ("Border Gateway Protocol"), di routing tra gli AS, che è complesso perché gli AS sono autonomi e le decisioni sugli itinerari spesso sono guidate da policy.

• Aggregazione delle rotte: BGP usa l'aggregazione per ridurre i messaggi e migliorare l'efficienza.

• Filtri: i filtri sono utilizzati per controllare quali rotte sono condivise tra gli AS, con politiche di ingressi ed uscite.

• RIB: BGP usa una struttura a tre tabelle per memorizzare le informazioni sui percorsi di routing (ADJ_RIB_IN, Routing Table, ADJ-RIB_OUT).

• BGP nel tempo: riporta l'evoluzione e gli aggiornamenti tecnici del protocollo BGP.

• Problemi di Network Neutrality: la discussione su come gli ISP possono regolare e controllare il traffico di dati, in modo non neutrale, andando a favorire o penalizzare alcuni operatori e contenuti online.