TECNOLOGIE E PROGETTAZIONE DI SISTEMI INFORMATICI E DI TELECOMUNICAZIONI

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1 TECNOLOGIE E PROGETTAZIONE DI SISTEMI INFORMATICI E DI TELECOMUNICAZIONI Confronto tra ISO-OSI e TCP/IP, con approfondimento di quest ultimo e del livello di trasporto in cui agiscono i SOCKET.

2 TCP/IP Prima di iniziare a parlare del livello di trasporto dello stack protocollare TCP/IP, bisogna venire a conoscenza di cosa sia quest ultimo e delle sue caratteristiche. In informatica il TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol),comporta un insieme di regole che disciplinano la struttura dei dati che viaggiano attraverso internet. Il rispettivo modello di architettura di rete a strati rappresenta lo standard di fatto nell'ambito delle reti dati, in contrapposizione allo standard per legge rappresentato invece dal modello ISO-OSI. CONFRONTO TRA TCP/IP E ISO-OSI La suite TCP/IP può essere descritta per analogia con il modello ISO-OSI, che descrive i livelli (layer) della pila di protocolli. In una pila di protocolli ogni livello risolve una serie di problemi che riguardano la trasmissione di dati e fornisce un ben definito servizio ai livelli più alti. I livelli più alti sono logicamente più vicini all'utente e funzionano con dati più astratti lasciando ai livelli più bassi il compito di tradurre i dati in forme mediante le quali possono essere fisicamente manipolati e trasmessi infine sul canale di comunicazione. Il modello Internet è stato prodotto come una soluzione ad un problema ingegneristico pratico in quanto si è trattato di aggiungere via via strati protocollari all'architettura di rete delle reti locali per ottenere un'interconnessione efficiente ed affidabile. Il modello OSI, in un altro senso, invece è stato l'approccio più teorico-deduttivo ed è stato anche prodotto nel più vecchio modello di rete. Per comprendere la struttura della suite TCP/IP, si utilizza una schematizzazione a livelli. Ogni livello esegue una specifica serie di operazioni; ad ogni livello, ci si avvicina sempre più dall'interfaccia utente (quella con cui interagiamo) all'interfaccia di rete. Il messaggio trasmesso è modificato di conseguenza. A differenza del modello ISO/OSI sono presenti quattro livelli invece di sette, partendo dall'alto: LIVELLO DI APPLICAZIONE LIVELLO DI TRASPORTO LIVELLO DI RETE LIVELLO DI ACCESSO ALLA RETE Essendo importante la distinzione fra livello di collegamento e livello fisico, è possibile utilizzare un modello ibrido che distingue i due strati e porta il numero di livelli a cinque.

3 LE DUE PILE A CONFRONTO LIVELLO DI TRASPORTO Particolare attenzione sarà rivolta all approfondimento del LIVELLO DI TRASPORTO della suite TCP/IP. Il livello di trasporto offre un servizio al livello delle applicazioni avvalendosi dei servizi del sottostante livello di rete (ed in particolare dell'internet Protocol). Nello sistema protocollare Internet, i protocolli di trasporto più utilizzati sono TCP e UDP. UDP (User Datagram Protocol) TCP (Transfer Control Protocol) Si limita all invio del pacchetto sulla rete senza richiesta dei conferma dell avvenuta ricezione. E utilizzato per la trasmissione di piccole quantità di dati o nello streaming audio/video dov è più necessaria la velocità di trasmissione che la garanzia di consegna. Permette comunicazioni broadcast e multicast. Il TCP è orientato alla connessione ed è più affidabile. Nella comunicazione attende che i pacchetti arrivino a destinazione, ritrasmettendoli in caso contrario. Le applicazioni che usano TCP sono client server. Per usare il TCP bisogna stabilire la connessione tra mittente e destinatario. Per gestire molteplici processi attivi nel trasferimento dati sul medesimo nodo (o computer), cioè più sessioni di navigazione attive, il livello di trasporto (TCP o UDP) utilizza più numeri di porta.

4 LE PORTE Prima di entrare nelle specifiche e di analizzare le primitive che permettono la realizzazione della comunicazione in rete è necessario riprendere alcuni concetti fondamentali per realizzare la comunicazione tramite network. Affinché un processo, presente su un determinato host, invii un messaggio a un qualsiasi altro host, il processo mittente deve identificare il processo destinatario in modo univoco. Generalmente ogni PC ha una sola porta fisica di connessione al network: se più applicazioni necessitano di utilizzare la rete, devono essere riconosciute in qualche modo, permettendo così di ricevere e spedire dati in modo corretto. Questo metodo di riconoscimento viene effettuato tramite le cosiddette porte logiche identificate da un numero detto port o port address: tale numero non è però sufficiente a descrivere in maniera univoca una connessione, infatti, più processi su host differenti potrebbero avere il medesimo port ed essere quindi riconosciuti come un processo unico. Una porta ha un valore numerico specificato su 2 byte (da 0 a 65535) che identifica un particolare canale utilizzabile per la comunicazione. In questo modo è possibile instaurare simultaneamente più comunicazioni, cosicché due applicazioni possono comunicare l una con l altra indipendentemente dal fatto che sulla rete siano in corso altre comunicazioni: è sufficiente utilizzare porte diverse. I numeri di porta da 0 a 1023 sono riservati ad applicazioni particolari (quali HTTP, FTP, DNS, TELNET ecc.), costituiscono i cosiddetti well - known port numbers e possono essere usati solo dai server in apertura passiva. I numeri di porta da 1024 a sono riservati a porte registrate e sono usati da alcuni servizi, ma possono anche essere utilizzati dai client (tutti i client usano normalmente le porte a partire dalla numero 1024 per collegarsi a un sistema remoto). Infine, i numeri di porta da a sono liberi per essere assegnati dinamicamente dai processi applicativi. È bene considerare il fatto che i numeri di porta sono relativi soltanto al protocollo considerato: una determinata porta per il protocollo TCP è diversa dallo stesso numero di porta per il protocollo UDP (si tratta effettivamente di porte diverse), anche se in genere viene visualizzato lo stesso numero di porta per un servizio che gestisce entrambi i protocolli. L identificazione di un servizio quindi avviene combinando l indirizzo IP dell host e della porta che viene utilizzate per rendere disponibile il servizio: Un identificazione del nodo su cui opera il processo con cui si desidera comunicare; Un identificazione della porta utilizzata dal particolare processo all interno di quel nodo. L identificazione univoca avviene conoscendo sia l indirizzo IP che il numero di porta associato al processo in esecuzione su un host: questo meccanismo prende il nome di SOCKET.

5 SOCKET Un socket è formato dalla coppia <indirizzo IP; numero di porta>; si tratta di un identificatore analogo a una porta, cioè a un punto di accesso/uscita: un processo che vuole inviare un messaggio lo fa uscire dalla propria interfaccia (socket del mittente) sapendo che un infrastruttura esterna lo trasporterà attraverso la rete fino all interfaccia del processo di destinazione (socket del destinatario). Un socket consente quindi di comunicare attraverso la rete utilizzando la pila TCP/IP ed è quindi parte integrante del protocollo. Per fare sì che si ottenga un servizio TCP si deve creare una connessione tra il socket del mittente e quello del destinatario. Contrariamente per creare un servizio UDP è sufficiente il socket del mittente. Esempio di socket host A : < ; 3300 >

6 FAMIGLIE E TIPI DI SOCKET Esistono varie famiglie di socket, chiamate anche domini, dove ogni famiglia riunisce i socket che utilizzano gli stessi protocolli (Protocol Family) sottostanti: ogni famiglia supporta un sottoinsieme di stili di comunicazione e possiede un proprio formato di indirizzamento (Address Family). Tra le famiglie di socket ricordiamo: Internet socket (AF_INET): è quella che permette il trasferimento di dati tra processi posti su macchine remote connesse tramite una LAN o Internet; Unix Domain socket (AF_UNIX): permette il trasferimento di dati tra processi sulla stessa macchina Unix. Tra le tipologie fondamentali individuiamo invece gli stream socket, i datagram socket e i raw socket. STREAM SOCKET Con gli Stream Socket si realizza una connessione sequenziale tipicamente asimmetrica, affidabile e full-duplex basata su stream di byte di lunghezza variabile. Tra i due processi server e client, il server è quello che ha controllo maggiore, poiché è il processo che inizialmente crea il socket: più client possono comunicare attraverso la stessa socket, ma solo un server può essere associato a una definita socket. Inoltre, il client ha bisogno di conoscere l indirizzo del server, mentre il server acquisisce le informazioni del client solo dopo che viene stabilita la connessione. Il protocollo TCP è basato su questo tipo di socket. DATAGRAM SOCKET Con Datagram Socket viene realizzata la comunicazione che permette di scambiare dati senza connessione, mediante il trasferimento di datagrammi che inoltrano messaggi di dimensione variabile, senza garantire inoltre ordine e arrivo dei pacchetti. Il loro vantaggio è quello di trasferire velocemente i dati e non esistono differenze tra le chiamate effettuate dai vari processi coinvolti nella comunicazione: quindi decade anche il concetto di client e server dato che utilizzano le stesse primitive. Il protocollo UDP è basato su questo tipo di socket.