Case study Progettare una rete e assegnare indirizzi IP Problema La Visconti Packaging S.p.A. è un’azienda con sede ad Aosta specializzata nel confezionamento di tipo flowpack, ovvero nella produzione di incarti per avvolgere singolarmente i singoli articoli o gruppi di prodotti. Il responsabile dell’Ufficio IT (Information Technology), l’Ing. Samuele Ripamonti, ritiene necessaria la creazione di una rete informatica per l’Ufficio Tecnico e per l’Ufficio Ricerca e Sviluppo. L’Ing. Samuele Ripamonti si è quindi rivolto a noi della Fast Solutions S.r.l., azienda di consulenza informatica ed elettronica, per la progettazione della rete. Soluzione Per prima cosa, noi della Fast Solutions S.r.l. abbiamo contattato l’Ing. Samuele Ripamonti in modo da reperire i dati necessari alla progettazione della rete. In particolare, abbiamo bisogno di conoscere la struttura dei due uffici dell’azienda e le richieste specifiche del cliente. Trattandosi di uffici collocati nello stesso stabile, la rete è locale (rete LAN, Local Area Network). L’Ing. Samuele Ripamonti punta ad avere una rete in cui sia minimizzato il rischio di guasto (fault tolerance) e ci sia la possibilità di modificare facilmente la quantità degli host (i dispositivi collegati alla rete). Desidera anche non andare incontro a spese eccessive. Inoltre, all’Ufficio Tecnico deve essere vietato l’accesso al server dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo, perché si vuole garantire la riservatezza dei dati in esso archiviati. Invece, l’Ufficio Ricerca e Sviluppo deve poter accedere ai dati dei progetti archiviati nel server dell’Ufficio Tecnico. Abbiamo così deciso di usare uno switch per ciascuno ufficio e di collegare i due switch tramite un router, configurando opportunamente i vari dispositivi. 1 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Step 1 – Analisi della struttura degli uffici Consideriamo le caratteristiche dei due uffici della Visconti Packaging S.p.A. L’Ufficio Tecnico è costituito da: 10 postazioni; 1 server; 1 stampante. Nell’Ufficio Ricerca e Sviluppo sono presenti: 5 postazioni; 1 server. Mostriamo graficamente la struttura dei due uffici alla pagina seguente. Step 2 – Il Modello ISO/OSI Prima di iniziare la progettazione di una rete, è importante aver definito una struttura (architettura) che permetta di capirne e schematizzarne le modalità di funzionamento. Il modello ISO/OSI (dove ISO sta per International Standards Organizations e OSI sta per Open Systems Interconnect) è lo standard de iure che stabilisce l’architettura logica di una rete informatica. L’architettura è a strati e suddivide in 7 livelli (o strati o layer) le funzionalità necessarie a realizzare una rete. Capire le potenzialità e i limiti di ciascun livello è alla base della gestione delle reti e delle relative decisioni strategiche e tattiche. 2 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Vediamo brevemente in che cosa consistono i vari livelli. Il livello 1, il Physical Layer, si occupa della trasmissione dei flussi di bit (di dati) attraverso i mezzi fisici di interconnessione. Tra i suoi compiti c’è quello di realizzare la topologia fisica della rete, in base alla quale viene definito come connettere fra loro i dispositivi che compongono la rete stessa. I dispositivi che operano a questo livello sono le schede di rete e gli hub. In quanto segue faremo uso delle schede di rete. Il livello 2, il Data Link Layer, ha come funzione principale quella di rendere affidabile il collegamento che è stato definito al livello 1. Si occupa della trasmissione dei dati tra due dispositivi appartenenti alla stessa rete, attraverso l’indirizzamento fisico. I dispositivi che operano a questo livello sono i bridge e gli switch. In quanto segue faremo uso degli switch. Il livello 3, il Network Layer, si occupa dell’instradamento (o routing) dei dati inviati (sotto forma di pacchetti) da un dispositivo della rete a un destinatario non appartenente alla stessa rete, attraverso l’indirizzamento logico (che identifichi univocamente mittente e destinatario). I dispositivi che operano a questo livello sono i router, che useremo nella nostra rete. Il livello 4, il Transport Layer, si occupa della consegna dell’intero messaggio da mittente a destinatario, cioè della comunicazione end-to-end (tra i due end system o sistemi finali), ed è responsabile dell’affidabilità dei dati. Il livello 5, il Session Layer, gestisce il dialogo tra i due end system. Il livello 6, il Presentation Layer, controlla la sintassi delle informazioni scambiate. Tra i suoi compiti ci sono traslazione, crittografia e compressione. Il livello 7, l’Application Layer, fornisce all’utente un’interfaccia per accedere alla rete. 3 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Step 3 – Lo stack TCP/IP In realtà lo standard de facto pe l’architettura delle reti non è il modello ISO/OSI, ma lo stack (“pila”) TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). L’architettura dello stack TCP/IP, che prende il nome dai suoi principali protocolli (TCP e IP), è a 4 livelli. Mentre il modello ISO/OSI specifica per ogni livello le relative funzioni, i livelli del TCP/IP contengono protocolli che possono essere usati a seconda delle necessità. Il livello 1, il Physical Layer, include le funzioni del livello 1, del livello 2 e in parte del livello 3 del modello ISO/OSI (del livello 3 comprende gli aspetti riguardanti il funzionamento di una rete singola). Il livello 2, il Network Layer, si occupa dell’instradamento dei pacchetti e dell’interconnessione delle reti. È detto livello IP dal nome del protocollo che consente il funzionamento della rete Internet. Il livello 3, il Transport Layer, corrisponde al Transport Layer del modello ISO/OSI. Il livello 4, l’Application Layer, corrisponde agli ultimi tre livelli del modello ISO/OSI. Step 4 – La progettazione fisica della rete Incominciamo con la progettazione della rete LAN per i due uffici. Abbiamo bisogno di: 10 PC con scheda di rete, 1 server con scheda di rete e 1 stampante con scheda di rete per l’Ufficio Tecnico; 5 PC con scheda di rete e 1 server con scheda di rete per l’Ufficio Ricerca e Sviluppo. Optiamo per dispositivi che montino schede di rete da 1 Gbit/s, che garantiscono ottime performance. In tutto i dispositivi dell’Ufficio Tecnico sono 12 e quelli dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo sono 6. In entrambi gli uffici colleghiamo ciascun dispositivo a un unico switch. Per l’Ufficio Tecnico usiamo uno switch con 16 porte da 1 Gbit/s, mentre per l’Ufficio Ricerca e Sviluppo ci serviamo di uno switch con 8 porte da 1 Gbit/s. Non usiamo switch con un minor numero di porte in modo da dare la possibilità di aggiungere eventuali altri host; viceversa, non usiamo switch con un numero di porte maggiore per non aumentare i costi. 4 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Per adempiere alla richiesta del cliente, decidiamo di suddividere la rete LAN in due reti, una per ciascun ufficio. Occorre un router con 2 porte da 1 Gbit/s, che colleghi i due switch e che permetta di gestire la comunicazione tra dispositivi collocati in reti diverse. Il router infatti rende possibile lo scambio di dati tra gli host di reti diverse, decidendo attraverso le regole di routing (che non tratteremo) tra quali dispositivi consentire lo scambio (per esempio, consentendo l’accesso da parte degli host della rete dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo al server dell’Ufficio Tecnico e vietando l’accesso da parte degli host dell’Ufficio Tecnico al server dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo). Per cablare la rete, usiamo i cavi UTP (Unshielded Twisted Pair) di categoria 5e, che garantiscono un’ottima efficienza e sono adeguati per le reti LAN, perché possono raggiungere i 100 metri di lunghezza. In totale sono necessari 20 cavi UTP: 15 per i collegamenti PC-switch; 1 per il collegamento switch-stampante; 2 per il collegamento switch-server; 2 per i collegamenti switch-router. Disegniamo la rete progettata. 5 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Step 5 – L’indirizzamento IP Il protocollo IP dello stack TCP/IP fornisce l’indirizzo logico degli host di una rete: a ogni host viene assegnato un indirizzo IP, che individua l’host univocamente nella rete in cui è collocato. Questo schema, noto come indirizzamento IP, permette un corretto instradamento dei messaggi attraverso la rete. Si presti attenzione al fatto che l’indirizzo IP non identifica l’host in quanto dispositivo in sé, ma in quanto nodo all’interno di una determinata rete: se si vuole spostare un host da una rete a un’altra, si deve cambiare il suo indirizzo IP. In realtà, non è l’host a possedere l’indirizzo IP, ma le sue interfacce: questo implica che a un host possano essere associati più indirizzi IP, al massimo uno per ogni sua interfaccia. Ricordiamo che una scheda di rete a livello logico è un’interfaccia. Più in dettaglio, un indirizzo IP è in genere un numero binario formato da 32 bit, divisi in gruppi di 8 bit (1 byte). I byte possono essere convertiti in notazione decimale, separati l’uno dall’altro tramite un punto, e possono assumere valori compresi tra 0 e 255. Per esempio, un indirizzo IP è 192.168.1.20, che in notazione binaria è 11000000.10101000.00010100. Un indirizzo IP è formato da due parti: il Net-ID (l’indirizzo di rete), che identifica la rete cui appartiene l’host; l’Host-ID (l’indirizzo di host), che identifica l’host all’interno di quella rete. Tutti gli host di una rete hanno lo stesso indirizzo di rete. Gli indirizzi IP sono suddivisi in 5 classi (A, B, C, D ed E), di cui però solo le prime tre sono usate per le reti. Nella classe A solo il primo byte è usato per il Ned-ID (e gli altri sono usati per l’HostID); nella classe B i primi 2 byte e nella classe C i primi 3 byte. La classe C è usata per reti di piccoli dimensioni, come la rete LAN del nostro scenario. Il range degli indirizzi IP varia per ogni classe ed è il seguente: per la classe A va da 0.0.0.0 a 127.255.255.255; per la classe B va da 128.0.0.0 a 191.255.255.255; per la classe C va da 192.0.0.0 a 223.255.255.255. Esistono alcuni indirizzi IP che non possono essere assegnati agli host di una rete, tra cui l’indirizzo di rete e quello di broadcast. L’indirizzo di rete in notazione binaria ha tutti 0 nella parte dedicata agli host: per la classe A è del tipo X.0.0.0; per la classe B è del tipo X.Y.0.0; per la classe C è del tipo X.Y.Z.0. L’indirizzo di broadcast in notazione binaria ha tutti 1 nella parte dedicata agli host: per la classe A è del tipo X.255.255.255; per la classe B è del tipo X.Y.255.255; per la classe C è del tipo X.Y.Z.255. 6 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Inoltre, per convenzione, qualora un host della rete sia un server, gli viene associato il primo indirizzo IP disponibile, cioè quello il cui ultimo byte è 1. Una rete per comunicare con l’esterno (cioè al di fuori della rete stessa) deve essere collegata a un dispositivo predisposto a tale funzione, chiamato genericamente gateway, che può essere un router. Per convenzione (e si parla di default gateway) a tale dispositivo è associato l’ultimo indirizzo IP della rete disponibile, cioè quello il cui ultimo byte è 254 in notazione decimale: quando un host della rete cerca di inviare un messaggio a un indirizzo IP diverso da quello degli altri host della stessa rete, allora il messaggio verrà inviato al dispositivo (che sarà quello predisposto alla comunicazione verso l’esterno) al quale è stato associato l’indirizzo IP in questione. Infine, si definisce la subnet mask (o “maschera di sottorete”), che è una stringa di 32 bit, come gli indirizzi IP, che per la classe A vale di default 255.0.0.0, per la classe B vale di default 255.255.0.0 e per la classe C vale di default 255.255.255.0. La subnet mask serve per indicare il range cui appartiene un host qualora faccia parte di una sottorete (che è una suddivisione logica creata all’interno di una rete). Per esempio, se a un host è associato l’indirizzo IP 192.168.1.20, che è di classe C, la sua subnet mask è 255.255.255.0, l’indirizzo di rete (cioè l’indirizzo della rete in cui si trova l’host) è 192.168.1.0 e l’indirizzo di broadcast (cioè l’indirizzo usato per inviare messaggi a tutti gli host) è 192.168.1.255. Gli indirizzi IP disponibili per gli host in questa rete vanno da 192.168.1.1 a 192.168.1.254 (tra cui appunto compare l’host con l’indirizzo IP dato). Se è presente un server, il suo indirizzo IP sarà per convenzione 192.168.1.1. Il default gateway è 192.168.1.254. Step 6 – La configurazione dei dispositivi della rete Procediamo con la configurazione dei vari dispositivi della rete. Abbiamo deciso che ogni ufficio abbia la propria rete e che sia di classe C, data la sua dimensione ridotta. Configuriamo la scheda di rete dei dispositivi, assegnando a ciascun host un indirizzo IP e una subnet mask (scegliendo quella di default). Ricordiamo anche il default gateway e l’indirizzo di broadcast. Per la rete dell’Ufficio Tecnico abbiamo i seguenti dispositivi, cui assegniamo i seguenti indirizzi, dopo aver deciso che l’indirizzo di rete è 192.168.1.0, in modo che sia di classe C. 7 CASE STUDY Dispositivo PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Indirizzo IP Subnet mask Default gateway Broadcast Server1 192.168.1.1 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC1 192.168.1.2 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC2 192.168.1.3 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC3 192.168.1.4 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC4 192.168.1.5 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC5 192.168.1.6 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC6 192.168.1.7 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC7 192.168.1.8 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC8 192.168.1.9 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC9 192.168.1.10 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 PC10 192.168.1.11 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 Stampante 192.168.1.12 255.255.255.0 192.168.1.254 192.168.1.255 Per la precisione, ricordiamo che l’indirizzo IP è associato a un’interfaccia dell’host e quindi PC1 sta per una sua interfaccia. Non dimentichiamo anche che abbiamo collegato questi dispositivi ciascuno a una porta diversa dello Switch1 (il PC1 alla porta Gigabit Ethernet0/1, il PC2 alla porta Gigabit Ethernet0/2 e così via). Per la rete dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo abbiamo i seguenti dispositivi, cui assegniamo i seguenti indirizzi, dopo aver deciso che l’indirizzo di rete è 192.168.2.0, in modo che sia di classe C e diverso da quello della rete dell’Ufficio Tecnico. 8 CASE STUDY Dispositivo PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Default gateway Indirizzo IP Subnet mask Broadcast Server2 192.168.2.1 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 PC11 192.168.2.2 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 PC12 192.168.2.3 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 PC13 192.168.2.4 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 PC14 192.168.2.5 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 PC15 192.168.2.6 255.255.255.0 192.168.2.254 192.168.2.255 Non dimentichiamo che abbiamo collegato questi dispositivi ciascuno a una porta diversa dello Switch2. Infine, dobbiamo configurare il router, che possiede due schede di rete, chiamate Gigabit Ethernet0/1 e Gigabit Ethernet0/2. Abbiamo già collegato una scheda del router (la Gigabit Ethernet0/1) allo Switch1 e l’altra (la Gigabit Ethernet0/2) allo Switch2. Le due schede di rete del router hanno indirizzo IP diversi, appartenenti a reti differenti. Nello specifico, la scheda di rete Gigabit Ethernet0/1 connessa allo Switch1 deve avere l’indirizzo IP del gateway della rete dell’Ufficio Tecnico, cui appartiene lo Switch1, ovvero il default gateway 192.168.1.254. Invece, la scheda di rete Gigabit Ethernet0/2 connessa allo Switch2 deve avere l’indirizzo IP del gateway della rete dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo, ovvero 192.168.2.254. In questo modo, quando il PC1, che è un host della rete 192.168.1.0 (quella dell’Ufficio Tecnico) invia un messaggio verso il PC11, che è un host della rete 192.168.2.0 (quella dell’Ufficio Ricerca e Sviluppo), il router fa da ponte e consente la comunicazione tra le due reti, anche se queste hanno indirizzi IP diversi. Avendo realizzato due reti diverse collegate tramite un router, attraverso le regole di routing (“instradamento”) è possibile decidere di vietare o permettere gli accessi a dispositivi appartenenti a reti diverse. 9 CASE STUDY PROGETTARE UNA RETE E ASSEGNARE INDIRIZZI IP Step 7 – Conclusioni Concludendo, dopo aver richiamato il modello ISO/OSI e lo stack TCP/IP, utili per comprendere l’architettura di rete, e dopo aver brevemente introdotto il protocollo IP e i principali aspetti dell’indirizzamento IP, abbiamo progettato la rete LAN per i due uffici. Abbiamo deciso di realizzare due reti, collegate tra loro tramite un router. Questo infatti consente di decidere quali host appartenenti a reti diverse mettere in comunicazione, assecondando le esigenze del cliente, la Visconti Packaging S.p.A. Abbiamo infine configurato i vari dispositivi. Abbiamo soddisfatto anche le altre richieste del cliente, ideando una rete flessibile, scalabile e priva di eccessive spese di realizzazione. 10
