Esercizio - Inoltro di tre pacchetti e piano di indirizzamento di un blocco 13.14.0.0-16

Testo (tema d'esame, sessione di giugno, esercizio 2). Un router ha la tabella e le interfacce seguenti.

1. Come sono trattati: (a) $131.175.19.48$ da eth1, $180$ B, DF$=1$; (b) $131.175.19.160$ da eth1, $180$ B, DF$=1$; (c) $13.14.15.24$ da eth0, $1200$ B, DF$=1$ (se serve frammentazione, quanti frammenti).
2. L'amministratore della rete $13.14.0.0/16$ la vuole suddividere in: $2$ sottoreti da $510$ host; $3$ da $1200$ host; $3$ da $230$ host; $1$ collegamento punto-punto. Piano di indirizzamento con indirizzo, maschera, broadcast diretto e massimo numero di host di ciascuna.

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 →, Datagramma IP e frammentazioneIPv4 è un servizio senza connessione, non affidabile, best effort: i pacchetti (datagrammi) possono essere persi, corrotti, riordinati o ritardati. L'intestazione ha 20-60 byte (HLen conta parole da 4 byte, da 5 a 15); il campo Total Length (16 bit) dà la lunghezza totale fino a 65 535 byte; TTL limita i salti, Protocol identifica il protocollo trasportato (1 ICMP, 6 TCP, 17 UDP), il checksum copre solo l'intestazione. Se un datagramma è più grande dell'MTU del collegamento viene frammentato: solo il payload si divide, ogni frammento ha un'intestazione propria; l'Offset (13 bit) è in unità di 8 byte, MF=1 in tutti i frammenti tranne l'ultimo, e il riassemblaggio avviene solo a destinazione.Datagramma IP e frammentazione →.

Domanda 1: inoltro dei tre pacchetti

Reti delle interfacce.

• eth0: $131.175.18.54/24\Rightarrow131.175.18.0/24$;
• eth1: $131.175.19.32/26\Rightarrow131.175.19.0/26$ (indirizzi $.19.0$–$.19.63$; $32$ AND $192=0$);
• eth2: $131.180.204.2/18$: $204\ \text{AND}\ 192=192$, quindi $131.180.192.0/18$ ($.192.0$–$.255.255$).

Interfaccia di uscita di ogni prossimo salto (quella la cui rete lo contiene): $131.175.18.23$ e $.18.57\to$ eth0; $131.175.19.1$ e $.19.23\to$ eth1; $131.180.204.19$ e $.204.21\to$ eth2 ($204.x$ sta in $192$–$255$).

Passaggi di calcolo (AND bit a bitAND vale 1 solo se entrambi i bit valgono 1Algebra di Boole e porte logiche → sul byte di confine): per (a) eth1 ha maschera $255.255.255.192$, byte $192=11000000$; $48=00110000\to00000000=0$, rete $131.175.19.0$, uguale a quella di eth1 ($32=00100000\to0$). Per (b) $160=10100000\to10000000=128$, rete $131.175.19.128\ne131.175.19.0$: non appartiene a eth1; con eth0 ($/24$) il terzo byte $19\ne18$ e con eth2 il secondo byte $175\ne180$: nessun inoltro diretto. Per eth2 ($/18$, maschera $255.255.192.0$, terzo byte $192=11000000$) la rete si ricava da $204=11001100\to11000000=192$.

E se in (c) il bit DF fosse 0. Il router frammenterebbe: payload $1200-20=1180$ B, payload massimo per frammento sulla MTU di eth2 $500$: $500-20=480$ B, già multiplo di $8$ ($480=8\cdot60$); $\lceil1180/480\rceil=3$ frammenti, da $480$, $480$ e $1180-960=220$ B (Datagramma IP e frammentazioneIPv4 è un servizio senza connessione, non affidabile, best effort: i pacchetti (datagrammi) possono essere persi, corrotti, riordinati o ritardati. L'intestazione ha 20-60 byte (HLen conta parole da 4 byte, da 5 a 15); il campo Total Length (16 bit) dà la lunghezza totale fino a 65 535 byte; TTL limita i salti, Protocol identifica il protocollo trasportato (1 ICMP, 6 TCP, 17 UDP), il checksum copre solo l'intestazione. Se un datagramma è più grande dell'MTU del collegamento viene frammentato: solo il payload si divide, ogni frammento ha un'intestazione propria; l'Offset (13 bit) è in unità di 8 byte, MF=1 in tutti i frammenti tranne l'ultimo, e il riassemblaggio avviene solo a destinazione.Datagramma IP e frammentazione →). Con DF$=1$ invece il pacchetto viene scartato e alla sorgente torna ICMP destination unreachable codice 4 (Protocollo ICMPIPv4 non ha meccanismi per segnalare o correggere gli errori né per interrogare host e router: li fornisce l'ICMP (Internet Control Message Protocol), un protocollo di rete i cui messaggi viaggiano dentro datagrammi IP con campo Protocol $=1$. I messaggi sono di errore (destination unreachable, tipo 3; time exceeded, tipo 11; redirect, tipo 5; parameter problem, tipo 12), sempre inviati alla sorgente originale e con l'intestazione IP più i primi 8 byte del datagramma che ha causato l'errore, oppure di interrogazione (echo request 8 e reply 0, timestamp 13-14). ICMP segnala ma non corregge. Con l'echo si fanno ping (RTT) e scoperta dell'MTU (bit D, codice 4, payload massimo $1500-20-8=1472$ byte); con time exceeded e port unreachable si fa traceroute ($n+1$ messaggi con TTL crescente). Attacchi: smurf e redirect.Protocollo ICMP →).

Osservazioni: in (c) la riga $/16$ avrebbe portato il pacchetto su eth0 (MTU $1500$) e il pacchetto sarebbe passato: è la selezione della rotta più specifica a cambiare l'esito. La riga $13.14.16.0/26$ non c'entra: copre solo da $16.0$ a $16.63$.

Domanda 2: piano di indirizzamento

Passo 1: dimensione di ogni sottorete ($2^b\ge\text{host}+2$):

Per $510$ host servono esattamente $512$ indirizzi ($510+2$): $/23$ va bene. Le potenze di 2 vengono dal rapporto $b=\lceil\log_2(\text{host}+2)\rceil$ (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 →): per esempio $\log_2 1202=10{,}23\to11$ e $\log_2 232=7{,}86\to8$; la maschera è $32-b$.

Passo 2: allocazione dal più grande, ogni blocco inizia a un multiplo della sua dimensione. Nel $/16$ il terzo byte conta in unità di $256$: un $/21$ occupa $8$ valori (passo $8$), un $/23$ ne occupa $2$, un $/24$ uno.

La soluzione ufficiale usa gli stessi blocchi per i $/21$ e i $/23$ ($13.14.0.0$, $8.0$, $16.0$, $24.0$, $26.0$), ma colloca i $/24$ in $13.14.32.0$, $33.0$, $34.0$ e il collegamento in $13.14.35.0/30$ (con broadcast $13.14.35.3$): è un piano altrettanto valido, perché i blocchi non si sovrappongono e stanno nel $/16$. Quello compatto qui sopra non lascia buchi.

Confronto con la soluzione ufficiale

Errori comuni

• Non scegliere la rotta più specifica in (c): la riga $13.14.0.0/16$ è la prima, ma vale la $/24$ che segue.
• In (a), inoltrare con inoltro diretto un pacchetto che rientra dall'interfaccia da cui è arrivato.
• Per $1200$ host usare $/22$ ($1022$ host): servono $1202$ indirizzi, quindi $/21$.
• Allocare i $/24$ prima dei $/21$: gli allineamenti dei blocchi grandi non sarebbero più rispettati.
• Dimenticare che per $510$ host il $/23$ è giusto al limite ($512$ indirizzi): $511$ host non sarebbero entrati.

(Verificato con Python: modulo ipaddress per reti e appartenenza; funzione di inoltro con rotta più specifica, MTU e DF; allocazione dei blocchi senza sovrapposizioni.)