Linux e le reti – 1

1. Linux e le reti – 1 Tiziano Ragazzi

2. Classificazione delle reti in base alle dimensioni • PAN – Personal Area Network:reti private formate da pochi dispositivi che comunicano tra loro con tecnologie a corto raggio; • LAN - Local Area Network o reti locali: tipicamente sono reti private per l'interconnessione di computer ed altri apparati appartenenti ad un unico ente o azienda; • MAN - Metropolitan Area Network o reti metropolitane: possono essere reti private o pubbliche e fornire servizi di vario tipo in ambito urbano, dall'interconnessione di computer, alla telefonia, alla TV via cavo; • WAN - Wide Area Network o reti geografiche: in passato erano le reti dei grandi gestori tipicamente pubblici che fornivano servizi e connettività a livello nazionale; oggi, dopo la deregulation, possono anche appartenere a privati ed offrire connettività a livello mondiale.

3. Classificazione delle reti in base alle dimensioni • La differenza tra questi tre tipi di reti in termini di distanza coperta è rappresentata nella tabella seguente (puramente indicativa):

4. Un esempio

5. L’importanza di un sistema “aperto” • Cioè qualunque calcolatore dev’essere in grado di comunicare con qualunque altro indipendentemente dalla sua architettura e dal suo costruttore. Un sistema aperto ha infatti alcuni importanti vantaggi: • favorire la diffusione delle reti di calcolatori tramite l'interconnessione delle reti esistenti; • rendere possibile agli utenti e ai costruttori di reti approvvigionarsi da qualunque produttore, favorendo la concorrenza.

6. Per realizzare reti di calcolatori che siano sistemi aperti è necessario: • Delineare un modello di riferimento per la comunicazione fra calcolatori che sia base comune di questi sistemi; • giungere alla definizione di standard universalmente accettati che specifichino in modo preciso le funzioni che sono necessarie per realizzare la comunicazione.

7. Il perché dei “modelli” • La comunicazione fra calcolatori di tipo diverso è in generale un problema abbastanza complesso. Per semplificare la progettazione dal punto di vista tecnico di una rete di calcolatori risulta quindi conveniente suddividere il problema complessivo in una serie di sottoproblemi ben confinati, chiarendo poi come essi debbano interagire.

8. Modello ISO-OSI

9. I 7 strati del modello ISO-OSI • strato fisico; ha come compito principale effettuare il trasferimento fisico delle cifre binarie tra i due sistemi in comunicazione; • strato di collegamento (data link); la sua funzione fondamentale è quella di rivelare e recuperare gli errori trasmissivi che potrebbero essersi verificati durante il trasferimento fisico; • strato di rete (network); rende invisibile allo strato superiore il modo in cui sono utilizzate le risorse di rete per la fase di instradamento; • strato di trasporto (transport); fornisce le risorse per il trasferimento trasparente di informazioni; • strato di sessione (session); assicura la possibilità di instaurare un colloquio tra due sistemi; • strato di presentazione (presentation); è interessato alla sintassi e alla semantica delle informazioni da trasferire; • strato di applicazione (application); ha lo scopo di fornire ai processi residenti nei due sistemi in comunicazione i mezzi per accedere all'ambiente OSI.

10. Modello TCP/IP Due livelli di pari grado posti su due calcolatori differenti comunicano tra loro tramite un protocollo, mentre due livelli adiacenti della stessa macchina comunicano tra loro tramite interfaccia. L'obiettivo di un livello è quello di fornire servizi al livello superiore nascondendo a questo il modo in cui i servizi sono realizzati. Application (http, telnet, snmp, smtp, nfs, ftp, smb) Transport (TCP, UDP) Network (IPv4/IPv6) Data link Physical layer

11. Comunicazione HTTP Application Layer Application Layer HTTP Request HTTP Request Transport Layer Transport Layer TCP HTTP Request TCP HTTP Request Network Layer Network Layer IP TCP HTTP Request IP TCP HTTP Request Data Link Layer Data Link Layer Ethernet IP TCP HTTP Request Ethernet IP TCP HTTP Request Physical Layer Physical Layer

12. Confronto tra i modelli OSI Model TCP/IP Model TCP/IP Protocol Suite 7 6 5 4 3 2 1 Application Application Presentation Session Telnet FTP SMTP DNS RIP SNMP TransportLayer TCP UDP Transport IP IGMP ICMP Network Network ARP Data link Data link Ethernet TokenRing FrameRelay ATM Physical Physical

13. Transport Layer • Definisce 2 protocolli standard di trasporto: TCP e UDP • TCP è un affidabile protocollo per il trasferimento di dati • Orientato alla connessione • Prevede il recupero degli errori e il controllo del flusso • UDP implementa un protocollo non affidabile • Privilegia la velocità di connessione

14. Transport Layer • TCP e UDP introducono il concetto di porta e di socket • Specificando un numero di porta assieme ai dati TCP/UDP, possiamo ottenere il multiplexing • Multiplexing consente che numerose connessioni di rete possano aver luogo su uno stesso indirizzo IP • Il numero della porta, assieme agli indirizzi sorgente e destinazione dei dati, costituiscono il socket. Ad esempio una connessione http sull’ip 192.168.100.1 ha il seguente socket 192.168.100.1:80 • Porte comuni e servizi associati: • FTP 21 and 20 • Ssh 22 • telnet 23 • SMTP 25 • http 80 • POP3 110 • https 443

15. Network Layer • Il compito del network layer è la trasmissione di pacchetti tra due host arbitrari, che in generale non sono direttamente connessi (ovvero non hanno un collegamento diretto tra di loro) • I principali protocollo appartenente a questo strato sono l’IP (o IPv4) e la sua evoluzione IPv6 • L’IP garantisce l’inoltro del pacchetto(ovvero ricevere un pacchetto su una porta, immagazzinarlo e ritrasmetterlo su un'altra), la frammentazione (se un pacchetto ricevuto ha una dimensione eccessiva per la rete su cui deve essere trasmesso, il livello di rete lo divide in frammenti e si occupa di riassemblare i frammenti ricevuti al momento della consegna) e l’instradamento o routing (ovvero determinare il percorso per la trasmissione dei dati attraverso la rete)

16. Il pacchetto IP Un datagramma IP è costituito al più da 64 kB di cui i primi da 20 a 60 byte costituiscono l’intestazione. Particolarmente importanti sono i campi “Identificativo” che permette di riassemblare un datagramma frammentato, “TTL (Time To Live)” necessario per evitarne la persistenza indefinita sulla rete nel caso in cui non si riesca a recapitarlo al destinatario, “Protocollo”indica il protocollo di trasporto associato.

17. Struttura dell’indirizzo IPv4 E’ un numero composto da 32 bit IP binario: 11000000.10101000.11011100.00000001 IP decimale: 192 . 168 . 220 . 1 NOTA : con 8 bit si può al massimo rappresentare in decimale il numero 255

18. Struttura dell’indirizzo IP • Il Net-ID identifica la rete, mentre l'Host-ID identifica l'host all'interno della rete.L'indirizzo con i bit relativi alla parte di host posti a zero risulta essere l'indirizzo della rete in cui si trova l'host, mentre quello con i bit di host posti tutti a uno indica l'indirizzo broadcastdi quella rete, cioè quello usato per inviare pacchetti a tutti gli host della rete. • La separazione tra il blocco Net-ID e Host-ID avviene per mezzo della Subnet Mask.La SM è un numero binario di 32 bits, ovvero 4 byte separati da un punto. Ad esempio11111111.11111111.00000000.00000000 255 . 255 . 0 . 0Notare che il blocco degli “zeri” segue il blocco degli ”uno” senza mescolanza tra essi.

19. Esempio • Esempio di calcolo dell’indirizzo di rete, di broadcast e n° di hosts possibili • IP 132.125.18.36 SM 255.255.0.0 • Indirizzo di rete: si fa l’AND logico tra la rappresentazione binaria di IP e SM, otteniamo 132.125.0.0 • Tutti gli host appartenenti alla stessa rete logica devono avere lo stesso indirizzo di rete • Indirizzo di broadcast: si fa l’OR logico con il complemento della SM (molto più semplicemente si pongono a 1 tutti i bit della sezione Host-ID). Otteniamo 132.125.255.255 • Calcolo del n° di hosts possibili: si contano gli n zeri della SM (in questo caso n=16); si fa 2n-2.Nel nostro caso possiamo disporre di 216-2=65534hosts nella nostra rete. • Gli indirizzi IP disponibili andranno da quello immediatamente successivo all’indirizzo di rete, cioè 132.125.0.1, a quello precedente all’indirizzo di broadcast, cioè 132.125.255.254. • Esercizio: IP 194.116.10.19 SM 255.255.255.248 trovare i parametri di cui sopra

20. Attenzione • Due computer,anche se connessi fisicamente alla stessa rete, possono comunicare direttamente solo se hanno lo stesso indirizzo di rete ed hanno interfacce di rete dello stesso tipo

21. 8 16 24 32 Classi di indirizzi IP – Schema classico 0 network id Host ID A B 10 network id Host ID C 110 network id Host ID D 1110 Multicast Address E 11110 Unused at present

22. Classi di indirizzi IP – Schema classico

23. Indirizzi IP Pubblici Privati Sono unici al mondo in Internet e sono segnati da enti internazionali GARR / IANA Sono indirizzi autorizzati per le reti private; vengono eliminati in Internet Suddivisione degli indirizzi

24. Indirizzi privati e per uso speciale

25. Subnetting • La rigidità dello schema NetID-HostID proponeva classi A e B troppo grosse o classi C troppo piccole. Se un’azienda doveva indirizzare 2000 hosts, necessitava di una classe B (65534 hosts), con uno spreco di oltre di 63000 indirizzi. • Vi è stata quindi una grande richiesta di classi A e B (in gran parte già assegnate) e una relativamente bassa richiesta di classi C.

26. Subnetting • Soluzione: dato un indirizzo di rete di qualsiasi classe, la lunghezza del prefisso (NetID) può essere estesa arbitrariamente, non deve più essere necessariamente un multiplo di 8 bit. • Si ricava un campo SubnetID sfruttando una parte arbitrariamente lunga dell’HostID Net Id Host Id Net Id Subnet Id Host Id

27. Terminologia • NetID: porzione dell’indirizzo la cui lunghezza è determinata dalla maschera della classe a cui l’indirizzo appartiene. Es. 192.135.23.5/255.255.255.252, NetID = 192.135.23.0 • SubnetID: porzione di lunghezza variabile dell’indirizzo che segue il NetID e la cui lunghezza è definita dalla differenza fra il prefisso e la lunghezza del NetID. Es. 192.135.23.0/255.255.255.252, la lunghezza del SubNetID è di 6 bit • Indirizzo di Sottorete: l’indirizzo ottenuto dalla concatenazione (NetID:SubnetID) ponendo nella rimanente parte HostID una sequenza di 0 e accompagnato dal prefisso • Indirizzo di rete: sinonimo di Sottorete. Se il subnetting non è utilizzato allora SubnetID è nullo, e quindi l’indirizzo di rete corrisponde al NetID • Indirizzo dell’host: la concatenazione (NetID:SubnetID:HostID)

28. Esempio Dato un indirizzo di CLASSE B applichiamo il subnetting per ottenere reti da circa 2000 host l’una: indirizzo senza subnetting: 137.204.0.0 maschera standard: 255.255.0.0 ==>65534 indirizzi , [137.204.0.1 , 137.204.255.254] 211 = 2048, quindi useremo 11 bit per l’HostID e 21 complessivi per il NetID-SubnetID==> SM 255.255.248.0 quante subnet: 25-2=30 (la prima e l’ultima non sono utilizzabili) Indirizzo di subnet range di indirizzi 137.204.8.0 [137.204.8.1-137.204.15.254] ……………… ………………………… 137.204.240.0 [137.204.240.1-137.204.247.254]

29. Indirizzamento senza classi –CIDRClassless Inter-Domain Routing • Problema: una rete di classe C corrisponde a 256 indirizzi IP • Molte organizzazioni hanno bisogno di piu’ indirizzi • Soluzione: assegnare ad una stessa organizzazione blocchi contigui di indirizzi in classe C • Esempio: l’organizzazione X riceve i tre blocchi contigui 220.123.16.x, 220.123.17.x e 220.123.18.x • 768 indirizzi disponibili • Richiederebbe numerosi instradamenti diversi per raggiunger una rete

30. Indirizzamento senza classi –CIDRClassless Inter-Domain Routing • Come rappresentare il blocco di indirizzi assegnati? • Informazioni necessarie: indirizzo + basso del blocco e Numero di Blocchi • In pratica: • CIDR non prevede che gli indirizzi di rete debbano necessariamente essere di classe C • CIDR usa le seguenti informazioni: • Valore a 32 bit dell’indirizzo piu’ basso del blocco • Maschera a 32 che funziona come una maschera di sottorete standard

31. Notazione CIDR -esempio • Prefisso della rete + No. bit per il prefisso • Esempio: per un blocco di indirizzi da 220.16.128.0 a 220.16.255.255: 220.16.128.0/17 11111111.11111111.10000000.00000000 In questa situazione abbiamo 215-2=32766 ip disponibili (il 220.16.128.0 è il network address, il 220.16.255.255 è il broadcast address)

32. Network Manager • In ambiente grafico • Network ManagerE’ il tool di configurazione predefinito nelle principali distribuzioni che usano il desktop manager Gnome. • Per configurare le interfacce di rete (cablate e/o wireless) è sufficiente cliccare col tasto destro sull’icona in alto a destra e scegliere Modifica Connessioni • Attraverso il Network Manager è possibile anche configurare connessioni VPN, connessioni Internet Mobile 3G, modem ADSL

33. Network Manager • I file di configurazione del Network Manager risiedono in /etc/NetworkManagerin particolare i file di configurazione delle singole interfacce di rete sono posizionati in /etc/NetworkManger/system-connections(non configurare manualmente) • Talvolta può essere necessario disabilitare il Network Manager per procedere a una configurazione manuale delle interfacceservice network-manager stope per riattivarloservice network-manager start

34. Denominazione classica delle interfaccedi rete • lo – Interfaccia di loopback; è una interfaccia virtuale essenziale per il funzionamento del sistema. Ha ip in classe 127.0.0.0/8 solitamente 127.0.0.1 • ethx (eth0, eth1, ..) – Interfacce fisiche EthernetI nomi del tipo eth0:0 eth0:1 indicano + indirizzi ip associati alla stessa interfaccia (alias ip) • pppx (ppp0, ppp1…) – Interfacce fisiche Point-to-Point usate ad esempio per i modem analogici • tunx (tun0, tun1,..) – Interfacce virtuali usate da openvpn • wlanx (wlan0,..) – Interfacce wireless. Talvolta tali interfacce di rete vengono denominate come quelle ethernet (eth0,..)ATTENZIONE: LE PRECEDENTI DENOMINAZIONI SONO PURAMENTE INDICATIVE E POSSONO ESSERE DIVERSE A SECONDA DELLA DISTRO UTILIZZATA

35. Ifconfig • La linea di comando rimane uno strumento elegante ed efficiente soprattutto quando si accede da remoto. Per la configurazione delle interfacce di rete linux ha ifconfig • ifconfig -amostra la configurazione IP di tutte le interfacce • ifconfig eth0 192.168.0.1 netmask 255.255.255.128broadcast 192.168.0.127 upassegna l'indirizzo IP 192.168.0.1 e attiva l'interfaccia, creando una mask 192.168.0.0/25. • ifconfig eth0:1 192.168.0.1 upassegna l'indirizzo IP 192.168.0.1 alla eth0:1 e attiva l'interfaccia. Eseguendo questo comando di fatto assegniamo un'altro indirizzo IP alla interfaccia. • ifconfig eth0 downdisabilita eth0

36. Rendere le modifiche permanenti • I comandi ifconfig dati da consolle, non sono permanenti (al riavvio la configurazione è persa) • Per renderli permanenti si configura il file /etc/network/interfaces, ad esempio# The loopback network interfaceauto loiface lo inet loopback# The primary network interfaceauto eth0iface eth0 inet static address 172.16.1.36 netmask 255.255.255.0 network 172.16.1.0 broadcast 172.16.1.255 gateway 172.16.1.1up route add -net 10.8.0.0 netmask 255.255.255.0 gw 172.16.1.36 • Ricaricare la configurazione col comando/etc/init.d/networking restart

37. Rendere le modifiche permanenti • auto lo iface lo inet loopbackauto eth0iface eth0 inet static address 192.168.1.36 netmask 255.255.255.0 network 192.168.1.0 broadcast 192.168.1.255 gateway 192.168.1.1auto eth1iface eth1 inet dhcp • In questo caso abbiamo l’interfaccia eth1 posta in una lan nella quale è presente un server dhcp (cioè un server che configura automaticamente le interfacce dei pc sulla stessa rete)

38. Rotte statiche • Nell’intestazione di ogni pacchetto ip c’è l’indirizzo ip del destinatario del pacchetto. Se il pacchetto è destinato a una diversa rete/sottorete (diverso net_id) del mittente, il pacchetto è inviato a una macchina prestabilita detto default gateway. In talune circostanze può essere necessario ridefinire il default gateway o definire un nuovo gateway per destinatari diversi

39. Route • Il comando linux route consente di definireAlcuni esempi:route Visualizza la tabella di routingroute add default gw 192.168.12.1Aggiunge l'host 192.168.12.1 come gateway di defaultroute del defaultCancella il default gatewayroute add -net 192.168.101.0 netmask 255.255.255.0 gw192.168.101.102Aggiunge la route 192.168.101.0 alla routing table indicando la maschera di rete 255.255.255.0 e il gateway 192.168.101.102