Esercizio - tabella di instradamento del router R1 e inoltro di due pacchetti

Testo. La figura mostra una parte immaginaria di Internet. Il router $R_1$ ha tre interfacce: $m_0$ verso la rete $111.0.0.0$ (indirizzo $111.25.19.20$), $m_1$ verso la rete $145.80.0.0$ (indirizzo $145.80.7.11$) e $m_2$ verso la rete $170.14.0.0$ (indirizzo $170.14.5.165$). Sulla rete $111.0.0.0$ ci sono anche il router $R_2$ ($111.30.31.18$ lato $111.0.0.0$), che è il default router verso il resto di Internet, e il router $R_3$ ($111.15.17.32$ lato $111.0.0.0$), che collega la rete $192.16.7.0$ (suo indirizzo $192.16.7.5$).

1. Mostrare le tabelle di instradamento di $R_1$.
2. $R_1$ riceve un pacchetto con destinazione $192.16.7.14$: mostrare come viene inoltrato.
3. $R_1$ riceve due pacchetti con destinazioni $192.16.7.14$ e $167.24.160.5$: mostrare come vengono inoltrati.

Teoria usata: 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 → (inoltro diretto e indiretto, rotta di default, prefisso più lungo), 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 → (classi, maschera).

Punto 1: le tabelle

Un router ha due strutture: la configurazione delle interfacce (indirizzo e maschera di ciascuna, da cui si ricavano le reti raggiungibili con inoltro diretto) e la tabella di instradamento (reti lontane e prossimo salto, inoltro indiretto).

Le reti sono indirizzate con le classi, quindi la maschera si ricava dal primo byte: $111$ (classe A, $/8$), $145$ e $170$ (classe B, $/16$), $192$ (classe C, $/24$).

Interfacce di $R_1$.

Tabella di instradamento di $R_1$.

Perché due righe: la rete $192.16.7.0$ è dietro $R_3$, che sta sulla rete $111.0.0.0$ di $R_1$; tutto il resto di Internet è dietro $R_2$. Le altre reti ($111$, $145.80$, $170.14$) non servono nella tabella: sono già nelle interfacce.

Punto 2: pacchetto per $192.16.7.14$

1. Inoltro diretto? Si confronta la destinazione con la rete di ogni interfaccia (l'AND con la maschera tiene i byte dove la maschera vale $255$ e azzera gli altri: Algebra di Boole e porte logicheVariabili booleane, operatori AND, OR, NOT e derivati (NAND, NOR, XOR, XNOR) con tabelle di verità; assiomi e teoremi dell'algebra di Boole, De Morgan; porte logiche e completezza di NAND e NOR; semplificazione algebrica con esempio.Algebra di Boole e porte logiche →): $192.16.7.14\ \text{AND}\ /8=192.0.0.0\ne111.0.0.0$; $\text{AND}\ /16=192.16.0.0$, diverso da $145.80.0.0$ e da $170.14.0.0$. Nessun match: inoltro indiretto.
2. Tabella, dalla maschera più lunga. La prima riga ha maschera $/24$: $192.16.7.14\ \text{AND}\ /24=192.16.7.0$, uguale all'indirizzo di rete della riga: match. Si ferma qui (la default avrebbe maschera $/0$ e vale solo se non c'è niente di meglio).
3. Prossimo salto $111.15.17.32$. Quale interfaccia? Si cerca l'interfaccia la cui rete lo contiene: $111.15.17.32\ \text{AND}\ /8=111.0.0.0$, la rete di $m_0$. Il pacchetto esce da $m_0$ e (grazie ad ARP, Protocollo ARPUn host ha tre «nomi»: nome DNS, indirizzo IP (rete) e indirizzo MAC (collegamento). Per spedire un datagramma IP in un frame serve il MAC del prossimo nodo, che si ottiene da quel nodo con ARP: richiesta in broadcast (MAC destinazione FF:FF:FF:FF:FF:FF, contiene IP e MAC del mittente e l'IP cercato) e risposta unicast con il MAC richiesto, memorizzata nella cache ARP. ARP risolve sempre il prossimo salto (host di destinazione o router), non la destinazione finale. Un broadcast non esce dalla sottorete: il proxy ARP del router risponde con il proprio MAC.Protocollo ARP →) è consegnato a $R_3$.

Punto 3: i due pacchetti

• $192.16.7.14$: come sopra, indiretto via $R_3$, uscita $m_0$.
• $167.24.160.5$: primo byte $167$, classe B, indirizzo di rete (mascherando i primi $16$ bit) $167.24.0.0$. Interfacce: nessuna rete coincide ($111.0.0.0$, $145.80.0.0$, $170.14.0.0$): inoltro indiretto. Tabella: la riga $/24$ darebbe $167.24.160.0\ne192.16.7.0$: no. Resta la rotta di default (maschera $/0$, che combacia con qualsiasi indirizzo). Prossimo salto $111.30.31.18$ ($R_2$), che appartiene alla rete $111.0.0.0$: uscita $m_0$. Il pacchetto parte verso "il resto di Internet", dove la rete non è nota a $R_1$.

Confronto con la soluzione ufficiale

Coincide: tabella con riga $192.16.7.0/24\to111.15.17.32$ e default $\to111.30.31.18$; pacchetto $192.16.7.14$ via $111.15.17.32$ ($m_0$); pacchetto $167.24.160.5$ via default $111.30.31.18$ ($m_0$). Discrepanza di stampa: nella figura dell'esercizio l'interfaccia verso la rete $145.80.0.0$ ha indirizzo $145.80.7.11$, nelle slide delle soluzioni compare "$148.80.7.11$ / rete $148.80.0.0$": è un refuso, che non influisce sui risultati. Verificato con Python.

Errori comuni

• Provare la default per prima: la default ha sempre la maschera più corta e si applica solo se nessuna riga più specifica combacia.
• Scrivere l'interfaccia di uscita senza controllare in quale rete cade il prossimo salto (qui il prossimo salto, $111.15.17.32$ o $111.30.31.18$, è nella rete di $m_0$).
• Inserire in tabella le reti collegate direttamente (vanno nelle interfacce).