Modello OSI e architettura TCP/IP

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1 Modello OSI e architettura TCP/IP Differenza tra modello e architettura - Modello: è puramente teorico, definisce relazioni e caratteristiche dei livelli ma non i protocolli effettivi - Architettura: è un implementazione concreta, definisce livello per livello i protocolli effettivi In breve, un modello ci spiega cosa viene implementato; un'architettura ci spiega cosa e come ciò avviene. Modello OSI: introduzione L OSI (Open Systems Interconnection) Reference Model è il frutto del lavoro della ISO (International Standard Organization), ed ha lo scopo di: - fornire uno standard per l interconnessione di sistemi aperti - fornire una base comune per lo sviluppo di standard per l'interconnessione di sistemi - fornire un modello rispetto a cui confrontare le varie architetture di rete Principi seguiti durante lo sviluppo del modello OSI: - ogni livello deve avere un diverso grado di astrazione - ogni livello deve avere una funzione ben definita - la scelta dei livelli deve: o minimizzare il passaggio delle informazioni fra livelli o evitare troppe funzioni in un livello o evitare troppi livelli Studiamo i livelli nel dettaglio.

2 Modello OSI: livello fisico Il livello fisico è il primo livello del modello ISO/OSI e si occupa di definire le caratteristiche meccaniche ed elettriche di una rete. In particolare, il livello fisico descrive: - forma, dimensione e caratteristiche meccaniche dei connettori - valori di tensione per i livelli logici - durata in microsecondi di ogni bit - codifica dei segnali digitali (modulazione numerica) Questo livello si occupa di trasmettere e ricevere bit senza curarsi del loro significato, al quale si interessano i livelli superiori (data link, rete ). Modello OSI: livello collegamento (data link) Si occupa di tutte le operazioni logiche legate alla trasmissione: inizializzazione della linea, gestione del sincronismo, correzione errori...ma soprattutto il livello data link si occupa di organizzare i byte in blocchi di lunghezza prefissata (frame), di inviarli in sequenza e di aspettare un acknowledgement frame (ACK) per ogni frame inviato. Gli ACK possono essere inviati sia in frame separati, come fossero traffico normale, o in piggybacking ("trasportare sulle spalle"), cioè accodati ai messaggi in uscita per ottimizzare l uso del livello fisico. Nelle reti broadcast il livello data link ha uno speciale sottolivello, il MAC (Medium Access Control), che risolve il problema di come allocare il canale ai vari utenti in competizione (arbitraggio). Come sappiamo, l allocazione può essere: - statica: prevede la suddivisione del canale fra gli N utenti; ognuno riceve una frazione della banda totale. Ciò va bene se il numero degli utenti è costante e se tutti trasmettono ad un data rate costante. Gli svantaggi sono uno spreco di banda quando più utenti non trasmettono; inoltre non vi è la possibilità di gestire picchi di traffico - dinamica: l allocazione si adatta di volta in volta alle esigenze trasmissive; vi è l esigenza di rilevare le collisioni e in tal caso effettuare la ritrasmissione dei frame. Vi è possibilità di carrier sense (le stazioni ascoltano l occupazione del canale e non cercano di trasmettere se occupato), o no carrier sense (tipico dei canali via satellite, le stazioni trasmettono indipendentemente dallo stato della linea e si preoccupano in seguito di risolvere eventuali collisioni) Modello OSI: livello di rete Si occupa del routing, cioè della scelta del cammino da utilizzare per instradare pacchetti da un host all'altro e della gestione delle congestioni. Il routing può essere: - statico: fissato una volta sola e raramente modificato - dinamico: continuamente aggiornato, anche da un pacchetto all altro. Si occupa inoltre dell accounting (gli operatori di rete possono far pagare l uso agli utenti sulla base del traffico generato) e della conversione di dati nel passaggio tra reti diverse: indirizzi da rimappare, pacchetti da frammentare, etc... Modello OSI: livello di trasporto Lo scopo di questo livello è di di fornire servizi al soprastante livello 5 (livello sessione) e per raggiungere tale scopo sfrutta i servizi offerti dal sottostante livello 3 (livello rete). Si occupa di creazione di connessioni di livello inferiore (rete / network), una per ogni connessione transport (o più di una per ottenere un alto throughput). Il livello di trasporto offre al superiore un canale punto-punto affidabile per trasmissioni connection-oriented e il supporto all invio di messaggi isolati e broadcast (connectionless).

3 Modello OSI: livello sessione Offre servizi che consentono ad utenti operanti su macchine differenti di colloquiare fra loro attraverso la rete. In questo livello vengono definite le regole per aprire e chiudere una connessione e per trasferire dati. Quando uno strato superiore richiede l'apertura di un collegamento con un destinatario remoto, lo stato di sessione aprirà una connessione logica tra il nodo e la rete, utilizzando il corrispondente protocollo per definire la tipologia del collegamento (half duplex / full duplex). Modello OSI: livello presentazione Si occupa della sintassi e della semantica delle informazioni da trasferire (es. conversione tra tipi di dati standard e rappresentazioni specifiche della piattaforma hardware). Le funzionalità di cifratura sono in genere implementate in questo livello. Non ha avuto molto successo. Modello OSI: livello applicazione Prevede tutti i protocolli per offrire servizi agli utenti attraverso applicazioni, es. terminale virtuale (SSH), trasferimento file (FTP), posta elettronica (POP3, IMAP, SMTP), DNS, etc Attraverso questi protocolli si possono scrivere applicazioni che offrono i suddetti servizi agli utenti finali.

4 L architettura TCP/IP (Internet Protocol Suite) Il precursore di Internet fu Arpanet, originato da un progetto di ricerca finanziato dal Dipartimento della Difesa americano. Lo scopo era creare una rete affidabile anche in caso di catastrofi o eventi bellici che ne eliminassero una parte. Arpanet, attraverso varie evoluzioni, ha dato origine alla attuale Internet. Nel corso del suo sviluppo, per integrare via via tipi diversi di reti, si vide la necessità di una nuova architettura, mirata fin dall'inizio a consentire l'interconnessione di molteplici reti (internetworking). L'architettura divenne, più tardi, nota col nome di TCP/IP (o Internet Protocol Suite, TCP/IP reference model), TCP/IP, come già detto, è un architettura e non un modello nel senso stretto, in quanto discute anche l implementazione concreta attraverso i protocolli ( come ) e non solo le generalità teoriche (il cosa deve essere implementato). L architettura TCP/IP, come quella OSI, è stratificata, ma ha solamente tre livelli: applicazione, trasporto, internet. Talvolta viene indicato anche un quarto livello fisico (host to network) il quale prevede solo la presenza di un modo per trasportare fisicamente i dati del livello internet Il flusso dei dati nel TCP/IP è per incapsulamenti successivi: man mano che si scende di livello ai dati passati viene aggiunta un intestazione (header)...il ricevente ovviamente procede in maniera opposta, cioè deincapsulando man mano che si sale di livello.

5 TCP/IP: livello internet Il livello internet accorpa le funzioni del livello 3 OSI (rete); si occupa dell instradamento dei dati (routing) per recapitarli a destinazione. Questo livello descrive un protocollo non orientato alla connessione e a commutazione di pacchetto: l IP (Internet Protocol). L Internet Protocol ha le seguenti caratteristiche: ogni computer in rete deve avere un indirizzo IP univoco i dati devono essere suddivisi in pacchetti e instradati utilizzando tabelle che fanno corrispondere ad ogni indirizzo IP di destinazione un canale in uscita la costruzione e il mantenimento dinamico delle tabelle di routing è parte di questo livello TCP/IP: livello di trasporto L'architettura TCP/IP definisce due protocolli differenti per il trasporto: TCP (Transmission Control Protocol): è connection-oriented, è un servizio di trasporto end-to-end affidabile; segmenta i dati del livello applicazione UDP (User Datagram Protocol): è connectionless e inaffidabile; non segmenta i dati del livello applicazione Le applicazioni accedono a questi protocolli tramite punti di accesso al servizio detti porte. TCP/IP: livello applicazione Accorpa i livelli OSI 5, 6, 7 (sessione, presentazione, applicazione); rappresenta l insieme di applicazioni basate su TCP/IP. (terminale remoto: telnet/ssh/rsh, file transfer: ftp/sftp, trasferimento ipertesti: http/https, conversione nomi-indirizzi: dns, sincronizzazione del tempo tra PC: ntp, controllo nodi della rete: snmp...) Confronto OSI e TCP/IP Somiglianze: entrambi sono basati sul concetto di pila di livelli indipendenti; entrambi presentano funzionalità simili per i vari livelli. Differenze: OSI nasce come modello di riferimento generico, utile per discussioni generali e di carattere teorico (è standard de iure), inoltre è insufficiente per lo stato di cose attuale (es. il livello di collegamento non considera reti broadcast; manca l idea di internetworking dato che si pensava a una rete separata per ogni stato); TCP/IP nasce come architettura, ovvero implementa già protocolli concreti e funzionanti; il modello teorico viene sviluppato a posteriori e non è generale Inoltre, la stratificazione del TCP/IP è di gran lunga meno precisa e vincolante di quella OSI.

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