Protocollo IPv4

Note

Un indirizzo IPv4 è un numero binario di 32 bit, spesso rappresentato con un numero decimale ogni 8 byte:

$$\underset{128}{\underbrace{10000000}}.\underset{11}{\underbrace{00001011}}.\underset{3}{\underbrace{00000011}}.\underset{31}{\underbrace{00011111}}$$

È associato in modo univoco ad un’interfaccia di rete di host o di un router (non direttamente all’host o router). Un indirizzo IP deve avere valenza e univocità universali, perché il routing in IP è basato sull’indirizzo dell’host di destinazione. Ogni gestore di rete ha a disposizione un blocco di indirizzi che distribuisce alle interfacce dei singoli apparati.

IP network e NetID

Note

Un blocco di IP è assegnato alle interfacce di una rete IP, ogni indirizzo deve avere identici i primi $n$ bit. Questi $n$ bit si chiamano identificativo di rete (NetID).

Ogni indirizzo IP è quindi diviso in due campi:

Classless Inter-Domain Routing (CIDR)

Note

CIDR è stato sviluppato negli anni ‘90 ed è stato introdotto in via definitiva a settembre 1993. Secondo questo standard $x.y.z.w/w$ significa che viene allocato ad una rete un insieme di indirizzi contigui con primo indirizzo $x.y.z.w$ e con $2^{32-n}$ indirizzi in totale. Questo sistema ha razionalizzato l’assegnazione di indirizzi poco flessibile del sistema classful.

Netmask

La netmask è un numero binario di 32 bit associato ad una rete IP. Inizia con $n$ bit impostati a $1$ con $n$ pari alla lunghezza del NetID. I restanti bit sono impostati a $0$. Indica quali bit di un indirizzo IP sono assegnati al NetID.

NetID: notazioni alternative e equivalenti

Rappresentiamo il NetID $\mathrm{130.86.0.0}$ ($1000001001010110$):

• $\mathrm{130.86.0.0}$ + Netmask $\mathrm{255.255.0.0}$
• $130.86.0.0/16$
• $\mathrm{130.86.}$ * $.$ *
• Intervallo: $[\mathrm{130.86.0.0},\mathrm{130.86.255.255}]$

Rete IP e rete fisica

Una rete IP è un insieme di interfacce fisicamente interconnesse, tipicamente con switch e hub. È necessario che vi sia almeno un router con un’interfaccia collegata alla rete IP per comunicare con altre reti IP.

Indirizzi privati

Note

Esistono dei blocchi di indirizzi usabili da chiunque in ambito privato, ciò significa che possono essere riutilizzati più volte:

• $[\mathrm{10.0.0.0},\mathrm{10.255.255.255}]$
• $[\mathrm{172.16.0.0},\mathrm{172.31.255.255}]$
• $[\mathrm{192.168.0.0},\mathrm{192.168.255.255}]$

Un router non deve mai inoltrare un pacchetto con destinazione un indirizzo IP privato verso una propria interfaccia di uscita che abbia un indirizzo IP pubblico.

Indirizzi speciali

Indirizzo di rete

L’indirizzo con il campo HostID posto a 0 serve ad indicare la rete il cui indirizzo è contenuto nel campo NetID.

Indirizzo broadcast diretto

L’indirizzo con il campo HostID di soli 1 assume il significato di indirizzo di broadcast della rete indicata nel campo NetID. I router di transito lo trattano come un normale pacchetto, il router della rete di destinazione esegue il broadcast solo se è abilitato a farlo.

Indirizzo di broadcast limitato

Un indirizzo di soli 1 ($\mathrm{255.255.255.255}$) assume il significato di indirizzo di broadcast nella stessa rete di chi invia il pacchetto. Questo pacchetto non può oltrepassare il router.

Stessa rete

Quando il campo NetID è posto a zero, l’indirizzo indica l’host il cui indirizzo è contenuto nel campo host sulla stessa rete del mittente.

Mittente

Un indirizzo di soli 0 ($\mathrm{0.0.0.0}$) assume il significato del mittente stesso del pacchetto. È usato come campo sorgente quando l’host non conosce il proprio indirizzo.

Indirizzo di loopback

L’indirizzo con il primo ottetto pari a 127 e gli altri campi qualsivoglia indica il loopback sullo stesso host.

Assegnamento degli indirizzi

L’ente IANA (Internet Assigned Numbers Authority) coordina e pianifica l’assegnazione degli indirizzi IP su base mondiale (sia per IPv4 che IPv6). È anche amministratore dei DNS root.

La IANA assegna blocchi di indirizzi a 5 RIR (Regional Internet Registries). Ciascun RIR assegna blocchi ai LIR (Local Internet Registries), che sono ISP o istituzioni che a loro volta possono assegnare prefissi di rete ai propri clienti.

Esaurimento degli indirizzi IPv4

La IANA ha assegnato tutti gli indirizzi disponibili ai RIR nel 2011, e ogni RIR ha terminato gli indirizzi disponibili. Si è quindi rivelato che la scelta di usare soli 32 bit per gli indirizzi è stata una scelta sbagliata.

Di conseguenza l’unica possibilità è di assegnare nuovi indirizzi IPv6 (128 bit, quindi $2^{128}$ indirizzi)

Indirizzamento classful

Note

Gli indirizzi IPv4 erano originariamente divisi in 5 classi:

Classe	Descrizione	NetID	HostID	Indirizzo inizio	Indirizzo fine
A	Poche reti grandi	7 bit	24 bit

$$\mathrm{0.0.0.0}$$

  |
  $$
  127.255.255.255
  $$
   |

| B | Reti medio-grandi | 14 bit | 16 bit |

$$\mathrm{128.0.0.0}$$

|
$$
191.255.255.255
$$
     |

| C | Tante reti piccole | 24 bit | 8 bit |

$$\mathrm{192.0.0.0}$$

|
$$
223.255.255.255
$$
     |

| D | Indirizzi multicast | / | / |

$$\mathrm{224.0.0.0}$$

|
$$
239.255.255.255
$$
     |

| E | Indirizzi multicast | / | / |

$$\mathrm{240.0.0.0}$$

|
$$
255.255.255.255
$$
     |
  
  In questo sistema i router deducono la lunghezza del prefisso dei primi bit del primo byte, infatti non occorre la netmask e non occorre che i protocolli di routing supportino la netmask nei messaggi.

Per quanto possa sembrare comodo il problema è la tipologia di classi:

• Le reti di classe A e B sono troppo grandi
• Le reti di classe B sono troppo poche
• Le reti di classe C sono troppo piccole

Eliminando la distinzione tra classi CIDR risolve il problema.