4.4 Lezione 1

Gli indirizzi IP, come gli indirizzi MAC, rappresentano un modo per indicare da dove proviene un pacchetto dati e dove sta andando. IPv4 è stato il primo protocollo. Gli indirizzi IPv4 hanno 32 bit, fornendo un numero massimo teorico di 4.294.967.296 indirizzi. Tuttavia, il numero di questi indirizzi utilizzabili dai dispositivi è molto inferiore in quanto alcuni intervalli sono riservati per usi speciali come, per esempio, gli indirizzi broadcast (che vengono utilizzati per raggiungere tutti i partecipanti di una specifica rete), gli indirizzi multicast (simili agli indirizzi broadcast, ma il dispositivo deve sintonizzarsi come una radio) o quelli riservati per uso privato.

Gli indirizzi IPv4 sono rappresentati da quattro cifre separate da un punto e ogni cifra può variare da 0 a 255. Per esempio, considera il seguente indirizzo IP:

Tecnicamente, ciascuna di queste cifre rappresenta otto singoli bit. Quindi questo indirizzo può anche essere scritto in questo modo:

All’atto pratico viene utilizzata la notazione decimale come visto sopra. Tuttavia, la rappresentazione bit per bit è importante per comprendere il subnetting.

Per supportare il routing, gli indirizzi IP possono essere suddivisi in due parti: la porzione di rete e la porzione host. La porzione di rete identifica la rete su cui si trova il dispositivo e viene utilizzata per instradare i pacchetti verso quella rete. La porzione host viene utilizzata per identificare in modo specifico un dato dispositivo su una rete e per consegnare il pacchetto allo specifico destinatario una volta che ha raggiunto la sua rete link layer.

Gli indirizzi IP possono essere suddivisi nella porzione di sottorete e nella porzione host in qualsiasi punto. La cosiddetta maschera di sottorete (subnet mask), chiamata anche maschera di rete (netmask), definisce dove avviene questa divisione. Prendiamo nuovamente in considerazione la rappresentazione binaria dell’indirizzo IP del precedente esempio:

Per questo indirizzo IP, la subnet mask imposta ogni bit che appartiene alla porzione di rete a 1 e ogni bit che appartiene alla porzione host a 0:

All’atto pratico la netmask viene scritta in notazione decimale:

Ciò significa che questa rete va da 192.168.0.0 a 192.168.0.255. Nota che i primi tre numeri, per i quali sono impostati tutti i bit nella maschera di rete, rimangono invariati negli indirizzi IP.

Infine, c’è una notazione alternativa per la subnet mask, che viene chiamata Classless Inter-Domain Routing (CIDR). Questa notazione indica semplicemente quanti bit sono impostati nella subnet mask e aggiunge tale numero all’indirizzo IP. Nell’esempio precedente, 24 bit su 32 sono impostati a 1 nella subnet mask. Questo può essere espresso secondo la notazione CIDR come 192.168.0.1/24.

Come accennato in precedenza, alcune sezioni dello spazio degli indirizzi IPv4 sono riservate per usi speciali. Uno di questi è l’assegnazione di indirizzi privati. Le seguenti sottoreti sono riservate per l’indirizzamento privato:

Chiunque può utilizzare gli indirizzi di queste sottoreti. Tuttavia, queste sottoreti non possono essere instradate sulla rete Internet pubblica poiché sono potenzialmente utilizzate da numerose reti in contemporanea.

Oggi la maggior parte delle reti utilizza questi indirizzi interni. Consentono la comunicazione interna senza la necessità di alcuna assegnazione di indirizzi esterni. La maggior parte delle connessioni Internet oggi viene fornita con un unico indirizzo IPv4 esterno. Quando inoltrano i pacchetti a Internet, i router mappano tutti gli indirizzi interni su quell’unico indirizzo IP esterno. Questo è chiamato Network Address Translation (NAT). Il caso speciale di NAT in cui un router mappa gli indirizzi interni su un singolo indirizzo IP esterno è talvolta chiamato mascheramento (masquerading). Ciò consente a qualsiasi dispositivo sulla rete interna di stabilire nuove connessioni con qualsiasi indirizzo IP globale in Internet.

Esistono due modi principali per configurare gli indirizzi IPv4 su un computer: o assegnando gli indirizzi manualmente o utilizzando il Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) per la configurazione automatica.

Quando si utilizza il DHCP, un server centrale controlla quali indirizzi vengono distribuiti a quali dispositivi. Il server può anche fornire ai dispositivi altre informazioni sulla rete come, per esempio, gli indirizzi IP dei server DNS, l’indirizzo IP del default router, o, nel caso di configurazioni più complesse, può avviare un sistema operativo dalla rete. Il DHCP è abilitato per impostazione predefinita su molti sistemi; quindi probabilmente avrai già un indirizzo IP una volta connesso a una rete.

Gli indirizzi IP possono anche essere aggiunti manualmente a un’interfaccia utilizzando il comando ip addr add. Nel seguente esempio aggiungiamo l’indirizzo 192.168.0.5 all’interfaccia ens33. La rete utilizza la netmask 255.255.255.0 che equivale a /24 secondo la notazione CIDR:

Ora possiamo verificare che l’indirizzo sia stato aggiunto utilizzando il comando ip addr show:

L’output mostra sia l’interfaccia lo sia l’interfaccia ens33 con il relativo indirizzo, assegnato tramite il precedente comando.

Per verificare che un dispositivo sia raggiungibile è possibile utilizzare il comando ping. Questo invia un tipo speciale di messaggio chiamato echo request in cui il mittente chiede una risposta al destinatario. Se la connessione tra i due dispositivi può essere stabilita correttamente, il destinatario invierà un echo reply, verificando così la connessione:

L’opzione -c 3 interrompe il comando ping dopo aver inviato tre echo request. Altrimenti, ping continua a funzionare all’infinito e deve essere fermato premendo Ctrl+C.

Il routing è il processo tramite il quale un pacchetto passa dalla rete di origine alla rete di destinazione. Ogni dispositivo mantiene una tabella di routing che contiene informazioni sulle reti IP che possono essere raggiunte direttamente tramite il collegamento del dispositivo alle reti link layer, e informazioni sulle reti IP che possono essere raggiunte inoltrando i pacchetti a un router. Infine, una default route definisce un router che riceve tutti i pacchetti che non hanno corrispondenza con alcun altro percorso.

Quando si stabilisce una connessione, il dispositivo cerca l’indirizzo IP della destinazione nella sua tabella di routing. Se una voce ha corrispondenza con l’indirizzo, il pacchetto viene inviato o alla rispettiva rete link layer o inoltrato al router indicato nella tabella di routing.

Anche i router stessi mantengono delle tabelle di routing. Quando riceve un pacchetto, un router cerca l’indirizzo di destinazione nella propria tabella di routing e invia il pacchetto al router successivo. Questo viene ripetuto fino a quando il pacchetto arriva al router sulla rete di destinazione. Ogni router coinvolto in questo percorso è chiamato hop. Quest’ultimo router individua, nella sua tabella di routing, un link diretto per l’indirizzo di destinazione e invia i pacchetti alla sua interfaccia.

La maggior parte delle reti domestiche ha solo un punto di uscita: il singolo router fornito dall'internet service provider (ISP). In questo caso, un dispositivo semplicemente inoltra tutti i pacchetti che non sono per la rete interna direttamente al router di casa che li invia quindi al router del provider per un ulteriore inoltro. Questo è un esempio di default route.

Il comando ip route show elenca la tabella di routing IPv4 corrente:

Per aggiungere una default route, tutto ciò che serve è l’indirizzo interno del router che sarà il gateway predefinito. Se, per esempio, il router ha l’indirizzo 192.168.0.1, possiamo usare il seguente comando per configurarlo come default route:.

Per fare una verifica, esegui nuovamente ip route show:

Gli indirizzi utilizzano 8 gruppi di 4 cifre esadecimali ciascuno separati da due punti:

Per semplificare le cose, gli zeri iniziali di ogni gruppo possono essere rimossi; tuttavia, ogni gruppo deve contenere almeno una cifra:

Quando più gruppi contenenti solo zeri si susseguono direttamente uno dopo l’altro, possono essere completamente sostituiti da "::":

Tuttavia, questo può accadere solo una volta in ogni indirizzo.

I primi 64 bit di un indirizzo IPv6 sono noti come prefisso di routing (routing prefix). Il prefisso viene utilizzato dai router per determinare a quale rete appartiene un dispositivo e, quindi, su quale percorso devono essere inviati i dati. Il subnetting avviene sempre all’interno del prefisso. Gli ISP di solito distribuiscono i prefissi /48 o /58 ai propri clienti, lasciando 16 o 8 bit per il loro subnetting interno.

Esistono tre principali tipi di prefisso in IPv6:

Mentre il prefisso determina in quale rete risiede un dispositivo, l’identificativo dell’interfaccia viene utilizzato per elencare i dispositivi all’interno di una rete. Gli ultimi 64 bit in un indirizzo IPv6 formano l’identificativo dell’interfaccia, proprio come gli ultimi bit di un indirizzo IPv4.

Quando un indirizzo IPv6 viene assegnato manualmente, l’identificativo dell’interfaccia viene impostato come parte dell’indirizzo. Quando si utilizza la configurazione automatica dell’indirizzo, l’identificativo dell’interfaccia viene scelto casualmente o derivato dall’indirizzo link layer del dispositivo. Questo fa apparire una variante dell’indirizzo di link layer all’interno dell’indirizzo IPv6.

Come per IPv4, un indirizzo IPv6 può essere assegnato sia manualmente sia automaticamente. Tuttavia, IPv6 ha due diversi tipi di configurazione automatica, DHCPv6 e Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC).

SLAAC è il più semplice dei due metodi automatizzati ed è integrato nello standard IPv6. I messaggi utilizzano il nuovo Neighbor Discovery Protocol che consente ai dispositivi di trovarsi e richiedere informazioni su una rete. Queste informazioni vengono inviate dai router e possono contenere prefissi IPv6 che i dispositivi possono utilizzare combinandoli con un identificativo di interfaccia di loro scelta, purché l’indirizzo risultante non sia ancora in uso. I dispositivi non forniscono feedback al router sugli indirizzi effettivi che hanno creato.

DHCPv6, invece, è il DHCP aggiornato per funzionare con le modifiche di IPv6. Consente un controllo più preciso delle informazioni fornite ai client, per esempio consentendo ogni volta la distribuzione dello stesso indirizzo allo stesso client e l’invio di più opzioni al client rispetto a SLAAC. Con DHCPv6, i client devono ottenere il consenso esplicito di un server DHCP per utilizzare un indirizzo.

Il metodo per assegnare manualmente un indirizzo IPv6 a un’interfaccia è lo stesso di IPv4:

Per verificare che l’operazione di assegnazione sia andata a buon fine viene utilizzato lo stesso comando ip addr show visto in precedenza:

Qui possiamo vedere anche l’indirizzo link-local fe80::010c:29ff:fe33:3b25/64.

Come per IPv4, il comando ping può essere utilizzato per confermare la raggiungibilità dei dispositivi anche in IPv6:

Per verificare nuovamente l’indirizzo link-local, puoi utilizzare ancora ping. Ma poiché tutte le interfacce usano il prefisso fe80::/64, l’interfaccia corretta deve essere specificata insieme all’indirizzo: