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Routing: Funzionamento e Protocolli di Rete, Appunti di Sistemi di reti

Una panoramica completa del routing in rete, esplorando i concetti chiave come la tabella di routing, i protocolli di routing (distance vector e link state), e l'organizzazione gerarchica delle reti in autonomous system. Viene inoltre introdotto il dhcp (dynamic host configuration protocol) e il suo ruolo nella configurazione automatica dei dispositivi di rete. Ricco di dettagli tecnici e illustra i vantaggi e gli svantaggi dei diversi approcci al routing, fornendo una solida base per la comprensione delle reti informatiche.

Tipologia: Appunti

2023/2024

Caricato il 28/11/2024

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alessia-coppola-39 🇮🇹

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Routing
Il routing è una funzione del livello Network svolta dal router. Questa funzione
riguarda la scelta del percorso più sicuro sul quale inviare un dato a un altro
Router, a volte non il più breve (questo processo è detto anche forwarding).
Per fare questo viene usata la routing table, che contiene quattro campi:
network address, contenente gli IP di ogni rete raggiungibile;
next hop, ovvero l’IP del router successivo nel percorso verso la
destinazione;
interface, interfaccia a cui deve essere inoltrato il pacchetto per giungere
al next hop;
metric, il costo di utilizzo (ora non più rilevante dati i contratti a canone
mensile forniti dai provider).
Nel caso l’IP del destinatario sia presente nel campo network address, il dato
viene instradato direttamente verso la destinazione. IN caso contrario viene
inviato a un router di default che lo farà giungere a destinazione.
La tabella di routing può essere creata manualmente (inserita
dall’amministratore) o automaticamente (creata dal router stesso). Nel caso
venga inserita manualmente, parliamo di routing statico, usato nelle piccole
reti. Se è inserita automaticamente, parliamo di routing dinamico, usato in
grandi reti.
Routing statico e dinamico
ROUTING STATICO: non richiede che i router si scambino informazioni per
aggiornare i percorsi o che si facciano altri sforzi computazionali da parte del
router per calcolare i percorsi ottimali. Si ha il vantaggio di meno uso di banda
e lo svantaggio della riconfigurazione da parte dell’amministratore ogni volta
che c’è un guasto o si devono aggiornare i percorsi, e questo è particolarmente
complicato nel caso si ha a che fare con parecchi percorsi.
ROUTING DINAMICO: i router si scambiano informazioni per determinare i
possibili percorsi per raggiungere le destinazioni mediante i routing protocol,
che usano algoritmi di routing. Si hanno i vantaggi di un minor controllo da
parte dell’amministratore di rete e di un adattamento ai cambiamenti della
tipologia di rete, specie in caso di un lungo guasto o di un’attivazione di una
nuova linea. Lo svantaggio riguarda un maggior uso di banda.
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Routing

Il routing è una funzione del livello Network svolta dal router. Questa funzione riguarda la scelta del percorso più sicuro sul quale inviare un dato a un altro Router, a volte non il più breve (questo processo è detto anche forwarding). Per fare questo viene usata la routing table, che contiene quattro campi:  network address, contenente gli IP di ogni rete raggiungibile;  next hop, ovvero l’IP del router successivo nel percorso verso la destinazione;  interface, interfaccia a cui deve essere inoltrato il pacchetto per giungere al next hop;  metric, il costo di utilizzo (ora non più rilevante dati i contratti a canone mensile forniti dai provider). Nel caso l’IP del destinatario sia presente nel campo network address, il dato viene instradato direttamente verso la destinazione. IN caso contrario viene inviato a un router di default che lo farà giungere a destinazione. La tabella di routing può essere creata manualmente (inserita dall’amministratore) o automaticamente (creata dal router stesso). Nel caso venga inserita manualmente, parliamo di routing statico, usato nelle piccole reti. Se è inserita automaticamente, parliamo di routing dinamico, usato in grandi reti.

Routing statico e dinamico

ROUTING STATICO: non richiede che i router si scambino informazioni per aggiornare i percorsi o che si facciano altri sforzi computazionali da parte del router per calcolare i percorsi ottimali. Si ha il vantaggio di meno uso di banda e lo svantaggio della riconfigurazione da parte dell’amministratore ogni volta che c’è un guasto o si devono aggiornare i percorsi, e questo è particolarmente complicato nel caso si ha a che fare con parecchi percorsi. ROUTING DINAMICO: i router si scambiano informazioni per determinare i possibili percorsi per raggiungere le destinazioni mediante i routing protocol, che usano algoritmi di routing. Si hanno i vantaggi di un minor controllo da parte dell’amministratore di rete e di un adattamento ai cambiamenti della tipologia di rete, specie in caso di un lungo guasto o di un’attivazione di una nuova linea. Lo svantaggio riguarda un maggior uso di banda.

LINK STATE ROUTING

A differenza del Distance Vector Routing, il Link State Routing conosce la topologia di rete. Lo scambio di informazioni tramite i router avviene mediante l’invio dei Link State Packet (LSP), inoltrati in tutte le linee tranne a quella da cui è arrivato e solitamente solo quando avviene un cambiamento nella rete. Il router si costruisce un database e un grafo pesato rappresentante la rete sulla base dei dati di questi pacchetti e si mette alla ricerca di percorsi dal costo minimo. In sintesi questo algoritmo:  dispone di una mappa della rete;  ha una convergenza rapida vista la rapida propagazione delle informazioni;  difficilmente genera loop o comunque li indentifica e li interrompe facilmente;  i nodi hanno basi di dati identiche;  può fare aumentare il numero di router (facile scalabilità);  HA LO SVANTAGGIO DI ESSERE COMPLESSO DA REALIZZARE.

Autonomous System (AS)

Negli anni Ottanta, vi era il problema del grande aumento delle tabelle di routing dei router collegati a Internet, allora considerata come una rete unica (single network). Per ovviare al problema, Internet è stato diviso in vari Autonomous System costituiti ognuno da un gruppo di router e LAN, raggiungibili reciprocamente, con proprie caratteristiche topologiche e organizzative. Lo scambio di informazioni di raggiungibilità all’interno di un AS avviene mediante gli Interior Protocol, mentre quello fra più AS avviene mediante gli Exterior Protocol. Se un messaggio parte da un router di un AS e arriva a un altro router dello stesso AS, si parla di comunicazione tra Interior Router (IR). Se invece un messaggio parte da un router di un AS e deve arrivare a un router di un altro AS, esso lo fa attraverso una coppia di Exterior Router (ER). Ciascun AS è gestito in modo indipendente dagli altri. Gli accordi tra gestori di AS sono detti “di peering”. Un esempio di AS è il GARR, attraverso il quale le reti dell’Università di Bologna e il Politecnico di Torino comunicano con il mondo. I punti di contatto tra AS possono essere creati anche tramite dei sottosistemi di comunicazione detti Neutral Access Point (NAP).

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

BOOTP E RARP

Prima del DHCP vi erano RARP e BOOTP. RARP sta per Reverse Address Resolution Protocol, ed è l'inverso di ARP. ARP consente a un dispositivo che conosce il suo IP di conoscere il corrispondente MAC, RARP invece consente a un dispositivo che conosce il suo MAC di conoscere il corrispondente IP. BOOTP era un protocollo che faceva conoscere a un client solo tre informazioni del server: l'IP, il nome del server dove si trova il file di boot da scaricare e il nome di tale file. Questo per far avviare il processo di bootstrap ai computer che non avevano dischi di memoria. Oggi invece, si ha bisogno di conoscere più che l'IP di una rete per configurarla. Ecco che oggi si usa il DHCP come strumento a scopo generale per svolgere questo lavoro a livello mondiale.

SCOPO, USI E CONFIGURAZIONI

Il DHCP serve a configurare in automatico i dispositivi mobili collegati in wireless. Spesso sono i luoghi pubblici a usare il DHCP, dato il suo livello di sicurezza determinato dal fatto che sfrutta più indirizzi IP che possono cambiare col tempo. A volte nelle aziende, vi sono due server DHCP: uno di questi funge da server di backup in caso di guasto del server principale. Un DHCP può essere configurato in tre modi:  statico: l'allocazione degli IP ai client viene effettuata manualmente dall'amministratore di rete, e non c'è verso di cambiare tale allocazione se non tramite un suo intervento;  automatico: alloca IP utilizzabili per un certo periodo di tempo scelto dall'amministratore di rete in modo automatico; ogni IP può essere però utilizzato solo dal client a cui è stato assegnato;  dinamico: per quanto riguarda l'allocazione degli IP è uguale alla configurazione automatica, ma in questo caso un indirizzo può essere riutilizzato da più client.

STATI DEL DHCP CLIENT

Con "DHCP lease" si intende un affitto di rete, cioè quando un utente si prende per un periodo di tempo stabilito dall'amministratore di rete un certo indirizzo IP. Un DHCP può assumere sei stati; i primi quattro sono:  initialize: il client viene inizializzato per la prima volta;  select: il client invia un messaggio DHCPDISCOVER, ai DHCP server della rete per poter acquisire un IP; i server programmati a rispondere inviano al client un messaggio DHCPOFFER;  request: il client sceglie uno degli IP offertogli e concorda con il server "offerente" la durata dell'"affitto", inviandogli un messaggio DHCPREQUEST;  bound (normale stato del DHCP client): il DHCP server conferma l'offerta con l'invio di un messaggio DHCPACK, e il client a questo punto assegna il renewal timer, che indica quando è momento di richiedere il rinnovo dell'indirizzo, e il rebinding timer, che indica che è scaduto il tempo per effettuare tale rinnovo; il client rimane in questo stato per tutto il tempo di utilizzo dell'IP acquisito. A questo punto possono esserci due possibili casi:

  • se il lease finisce prima dello scadere del tempo, viene inviato un DHCPRELEASE e il client torna allo stato di "initialize";
  • se invece il tempo scade, il DHCP client può fare una richiesta di rinnovo al DHCP server tramite DHCPREQUEST, passando allo stato di "renew". Il server può quindi interrompere l'uso dell'indirizzo, facendo tornare il client allo stato di "initialize", o rinnovare tale uso, facendo tornare il client allo stato di "bound". Il secondo caso può avvenire più volte, a meno che non scada il rebinding timer. A quel punto, il client passa allo stato di "rebind" e invia in broadcast un DHCPREQUEST. Possiamo avere così tre situazioni:  un server risponde positivamente con un DHCPACK, l'uso dell'indirizzo viene prorogato e il client va allo stato "bound";  un server risponde negativamente con un DHCPACK, l'uso dell'indirizzo viene interrotto e il client va allo stato "initialize" per richiedere un nuovo indirizzo;  nessun server risponde, l'uso dell'indirizzo viene interrotto e il client va allo stato "initialize" per richiedere un nuovo indirizzo.