Esercizio - indirizzamento di LAN A e LAN B e tabella di router 1

Testo. Rete in figura. LAN A ($14.22.4.0/26$) contiene $\text{Host 1}$ e $\text{Host 2}$, collegati con uno switch a $\text{router 1}$. LAN B ($123.67.64.0/18$) contiene $\text{Host 3}$, collegato a $\text{router 2}$. I router sono collegati così: $\text{router 1}$-$\text{router 2}$, $\text{router 1}$-$\text{router 3}$, $\text{router 2}$-$\text{router 3}$; $\text{router 3}$ è collegato a $\text{router 4}$, che sta in Internet.

1. Assegnare indirizzi IP e maschere a tutti i dispositivi da configurare, con queste regole: maschera più lunga possibile; gli indirizzi di LAN A vanno presi dal blocco $14.22.4.0/26$; quelli di LAN B dal blocco $123.67.64.0/18$; indirizzi privati quando possibile (senza NAT/NAPT o proxy).
2. Scrivere la tabella di instradamento di $\text{router 1}$ (rete di destinazione, maschera, prossimo salto o interfaccia) con queste regole: il numero di righe deve essere minimo; tutto il traffico da LAN A a LAN B deve passare per $\text{router 3}$.
3. Dividere il blocco di LAN B in due sottoblocchi, di cui uno deve contenere almeno $1950$ host. Definire un piano di indirizzamento per questa sottorete: indirizzo di rete, maschera, broadcast diretto e massimo numero di host.

Teoria usata: Subnetting e supernettingIl subnetting divide un blocco di indirizzi in sottoblocchi più piccoli allungando la maschera ($n_{\text{sub}}=n_{\text{rete}}+s$, con $2^s$ sottoreti); il supernetting (aggregazione CIDR) fa l'opposto, accorciando il prefisso per unire blocchi contigui in uno più grande. Regole di progetto: ogni sottorete ha un numero di indirizzi potenza di 2 ($M=2^k\ge$ host richiesti $+2$), prefisso $n=32-k$, indirizzo iniziale multiplo di $M$; si assegnano prima le sottoreti più grandi. Per aggregare $2^j$ blocchi di prefisso $n$ servono blocchi contigui il cui primo indirizzo sia multiplo della dimensione dell'aggregato, e il nuovo prefisso è $n-j$.Subnetting e supernetting →, Instradamento e inoltroL'inoltro (forwarding) mette il pacchetto sulla strada verso la destinazione, un salto alla volta (hop by hop). Se la destinazione è nella stessa rete del mittente l'inoltro è diretto (si usa l'ARP per il MAC del destinatario), altrimenti è indiretto: il pacchetto va al router successivo (next hop) indicato dalla tabella di instradamento, o al default gateway. Con le netmask: l'inoltro è diretto attraverso l'interfaccia $x$ se $\text{IP(dst)}\ \text{AND}\ \text{NM}(x)=\text{IP}(x)\ \text{AND}\ \text{NM}(x)$; altrimenti si scorre la tabella dalla maschera più lunga (longest prefix match) e si usa il primo match. La riga con rete $0.0.0.0$ e maschera $0.0.0.0$ (default route) corrisponde sempre. L'aggregazione di rotte (route aggregation) riduce la tabella, e nell'inoltro con etichette (MPLS) la tabella si consulta per indice.Instradamento e inoltro → (rotta di default, rotte minime), NAT e indirizzi privatiUna rete privata (intranet) usa il protocollo TCP/IP con indirizzi privati ($10.0.0.0/8$, $172.16.0.0/12$, $192.168.0.0/16$), riutilizzabili da intranet diverse ma da non instradare in Internet: i router di bordo scartano i pacchetti con indirizzi privati. Per accedere a Internet servono un proxy applicativo (uno per applicazione) o il NAT (Network Address Translation): un router che traduce indirizzi privati in indirizzi pubblici di un pool, con una tabella NAT e un'associazione dinamica per sessione. Il NAT tradizionale è outbound: Basic NAT traduce solo l'IP (uno a uno, quindi servono tanti indirizzi pubblici quante le sessioni contemporanee), NAPT traduce anche la porta ([IP privato, porta] $\to$ [IP pubblico, porta del NAT]) e permette a molte sessioni di condividere un solo IP pubblico. Il Twice NAT permette sessioni anche dall'esterno, con un DNS interno e associazioni statiche.NAT e indirizzi privati →.

Punto 1: indirizzi

Regola della "maschera più lunga". Per ogni rete si sceglie il blocco più piccolo che contiene i nodi da configurare più i due indirizzi riservati (rete e broadcast).

• LAN A. I nodi sono $\text{Host 1}$, $\text{Host 2}$ e l'interfaccia di $\text{router 1}$ verso lo switch (lo switch è un dispositivo di livello 2, non ha indirizzo IP): $3$ nodi, $3+2=5$ indirizzi, $2^3=8$ ($2^2=4<5$), maschera $/29$ ($255.255.255.248$: $3$ bit di host, $32-3=29$; l'ultimo byte è $11111000_2=248$, Livello di rete e indirizzamento IPIl livello di rete (network layer) porta i datagrammi da host a host attraverso i router: incapsula (framing), sceglie il percorso (routing) e sposta il pacchetto da un ingresso a un'uscita del router (forwarding); in Internet lascia ai livelli superiori controllo d'errore, di flusso e di congestione. Un indirizzo IPv4 è di 32 bit, diviso in prefisso (rete, $n$ bit) e suffisso (host, $32-n$ bit). L'indirizzamento a classi (A, B, C, D, E) è obsoleto; oggi si usa quello senza classi (CIDR): data una notazione $a.b.c.d/n$ si ricavano $N=2^{32-n}$ indirizzi, indirizzo di rete (suffisso tutto 0) e di broadcast (suffisso tutto 1), oppure con la netmask: rete $=$ indirizzo AND maschera, broadcast $=$ indirizzo OR (NOT maschera).Livello di rete e indirizzamento IP →). Dal blocco $14.22.4.0/26$ si prende $14.22.4.0/29$ (indirizzi $.0$–$.7$; $.0$ rete, $.7$ broadcast, $6$ host): $\text{Host 1}=14.22.4.1/29$, $\text{Host 2}=14.22.4.2/29$, $\text{router 1}$ (lato LAN) $=14.22.4.3/29$.
• LAN B. I nodi sono $\text{Host 3}$ e l'interfaccia di $\text{router 2}$: $2$ nodi, $4$ indirizzi, $/30$. Dal blocco $123.67.64.0/18$ si prende $123.67.64.0/30$: $\text{Host 3}=123.67.64.1/30$, $\text{router 2}$ (lato LAN B) $=123.67.64.2/30$ (broadcast $123.67.64.3$).
• Collegamenti tra router. Sono reti con due soli nodi: $/30$. Non devono essere raggiungibili da Internet, quindi si usano indirizzi privati: $\text{router 1}$-$\text{router 2}$ su $10.0.0.0/30$ ($\text{router 1}=10.0.0.1/30$, $\text{router 2}=10.0.0.2/30$); $\text{router 1}$-$\text{router 3}$ su $10.0.1.0/30$ ($\text{router 1}=10.0.1.1/30$, $\text{router 3}=10.0.1.2/30$). Il collegamento $\text{router 2}$-$\text{router 3}$ si configura allo stesso modo (per esempio $10.0.2.0/30$): non compare nelle risposte ufficiali.

Gateway degli host: $\text{Host 1}$ e $\text{Host 2}$ usano $14.22.4.3$; $\text{Host 3}$ usa $123.67.64.2$.

Punto 2: tabella di $\text{router 1}$

Le reti a cui $\text{router 1}$ è direttamente collegato (LAN A, $10.0.0.0/30$, $10.0.1.0/30$) si raggiungono con l'inoltro diretto, descritto dalla configurazione delle interfacce. Le destinazioni lontane sono due: LAN B e Internet.

• Traffico verso LAN B: per il vincolo deve passare per $\text{router 3}$: riga $123.67.64.0/18\to10.0.1.2$.
• Traffico verso Internet: si raggiunge anch'esso tramite $\text{router 3}$ (collegato a $\text{router 4}$): rotta di default $0.0.0.0/0\to10.0.1.2$.

Le due righe hanno lo stesso prossimo salto: la riga per LAN B è contenuta nella rotta di default (la default ha maschera $0.0.0.0$, quindi l'AND dà sempre $0.0.0.0$ e corrisponde a qualunque destinazione: Instradamento e inoltroL'inoltro (forwarding) mette il pacchetto sulla strada verso la destinazione, un salto alla volta (hop by hop). Se la destinazione è nella stessa rete del mittente l'inoltro è diretto (si usa l'ARP per il MAC del destinatario), altrimenti è indiretto: il pacchetto va al router successivo (next hop) indicato dalla tabella di instradamento, o al default gateway. Con le netmask: l'inoltro è diretto attraverso l'interfaccia $x$ se $\text{IP(dst)}\ \text{AND}\ \text{NM}(x)=\text{IP}(x)\ \text{AND}\ \text{NM}(x)$; altrimenti si scorre la tabella dalla maschera più lunga (longest prefix match) e si usa il primo match. La riga con rete $0.0.0.0$ e maschera $0.0.0.0$ (default route) corrisponde sempre. L'aggregazione di rotte (route aggregation) riduce la tabella, e nell'inoltro con etichette (MPLS) la tabella si consulta per indice.Instradamento e inoltro →) e sarebbe ridondante (nella figura ufficiale è cancellata). Con la regola del minimo numero di righe resta:

Il vincolo "via $\text{router 3}$" è rispettato proprio dal fatto che non esiste una riga più specifica che mandi verso $\text{router 2}$: con la longest prefix match qualunque indirizzo di LAN B cade nella sola riga che lo contiene, la default, che punta a $\text{router 3}$. (Le righe delle reti $/30$ collegate direttamente a $\text{router 1}$ stanno nella configurazione delle interfacce.)

Punto 3: un sottoblocco da almeno $1950$ host in LAN B

$1950+2=1952$: la potenza di $2$ successiva è $2^{11}=2048$ ($2^{10}=1024$ non basta; $\lceil\log_2 1952\rceil=11$, Esponenziale e logaritmoLa funzione esponenziale a^x (base positiva diversa da 1) e la sua inversa, il logaritmo in base a, con grafici e proprietà.Esponenziale e logaritmo →). Servono $11$ bit di host, quindi prefisso $32-11=21$, maschera $255.255.248.0$. Il blocco $123.67.64.0/18$ ha $2^{14}=16\,384$ indirizzi ($/18$ lascia $14$ bit di host): contiene $2^{21-18}=8$ blocchi $/21$.

Il primo è $123.67.64.0/21$ (il terzo byte $64$ è multiplo di $8$, la dimensione in terzi byte di un $/21$): maschera $255.255.248.0$, broadcast $123.67.71.255$ ($64+8-1=71$), $2048-2=\mathbf{2046}$ host, $\ge1950$ ✓.

Per l'altro sottoblocco (non richiesto dettagliatamente) resta libero l'intervallo $123.67.72.0$–$123.67.127.255$, che si può descrivere con $123.67.72.0/21$, $123.67.80.0/20$ e $123.67.96.0/19$. Se invece si intende dividere il $/18$ in due metà, i due blocchi sono $123.67.64.0/19$ e $123.67.96.0/19$ ($8190$ host ciascuno), e il $/21$ sopra è contenuto nel primo.

Confronto con la soluzione ufficiale

Coincidono: $\text{Host 1}=14.22.4.1/29$, $\text{Host 2}=14.22.4.2/29$, $\text{Host 3}=123.67.64.1/30$, $\text{router 2}$ lato LAN B $123.67.64.2/30$, collegamenti $10.0.0.1/30$-$10.0.0.2/30$ e $10.0.1.1/30$-$10.0.1.2/30$; tabella di $\text{router 1}$ con $14.22.4.0/29$ diretta e default $10.0.1.2$ (riga di LAN B cancellata); blocco $123.67.64.0/21$ con broadcast $123.67.71.255$. Discrepanza: nella figura ufficiale l'interfaccia di $\text{router 1}$ verso lo switch è scritta $14.22.4.3/26$, mentre gli host sono $/29$: nella stessa rete tutti devono avere la stessa maschera e "maschera più lunga" porta a $/29$, quindi qui si usa $14.22.4.3/29$. Verificato con Python.

Errori comuni

• Dare a un'interfaccia di $\text{router 1}$ una maschera diversa da quella degli host della stessa rete.
• Contare lo switch tra i nodi da indirizzare.
• Lasciare nella tabella la riga per LAN B: ha lo stesso prossimo salto della default e va eliminata per minimizzare le righe.
• Dimensionare il blocco senza i due indirizzi riservati ($1950\to2048$, non $1950\to1024$).