MODELLO DI RIFERIMENTO PER L'INTERCONNESSIONE DI SISTEMI APERTI OPEN SYSTEM INTERCONNECTION (OSI)

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1 MODELLO DI RIFERIMENTO PER L'INTERCONNESSIONE DI SISTEMI APERTI OPEN SYSTEM INTERCONNECTION (OSI) E' un'architettura di riferimento per la realizzazione di un qualsiasi sistema di elaborazione. Ha lo scopo di permettere l'interconnessione ed il colloquio tra sistemi eterogenei (oltre che omogenei) Per assicurare la compatibilita' funzionale tra sistemi eterogenei e' necessario stabilire le modalita' secondo cui avvengono la connessione ed il colloquio. Normalizzazione (ISO, CCITT) Analisi del processo di comunicazione tra due sistemi remoti: - evidenziare le funzioni che devono essere espletate per rendere possibile il colloquio; -formulare un modello astratto della comunicazione.

2 2 ANALISI DI UN PROCESSO DI COMUNICAZIONE Utente=qualsiasi entita' fisica o logica che sia in grado di emettere e/o ricevere informazioni. L'informazione emessa e' di tipo numerico e strutturata in una sequenza di intervalli di attivita' e di silenzio. 1) funzioni per il trasferimento dell'informazione 2) funzioni per l'elaborazione dell'informazione Trasferimento - fornitura di un canale di trasmissione per il trasferimento dell'informazione (connettivita' fisica). - conversione dell'informazione emessa dagli utenti nella forma piu' adatta alle caratteristiche di trasferimento del particolare canale trasmissivo usato (modem). - rivelazione e recupero degli errori di trasmissione. - strutturare il flusso di informazione in unita' informative (in relazione alle caratteristiche di trasferimento della rete).

3 3 - multiplazione dei flussi informativi (problema dell'identificazione delle unita' informative). - commutazione (instradamento e attraversamento). -controllo del flusso di dati (evita le condizioni di congestione). Qualita' di servizio della rete (dipendente dalle modalita' con cui l'insieme di funzioni sopra descritte sono eseguite) -incremento della qualita' di servizio -equalizzazione della qualita' di servizio (di reti diverse)

4 4 Funzioni per l'elaborazione dell'informazione - dipendono dalla particolare applicazione oggetto dello scambio informativo. - sono di competenza dei sistemi terminali. Funzioni di elaborazione: - gestione del dialogo tra i sistemi - interpretazione delle informazioni ricevute (alfabeto, sintassi e semantica comuni)) GERARCHIA TRA LE FUNZIONI Le funzioni descritte pur essendo autonome sono logicamente collegate. L'esecuzione di una funzione richiede lo svolgimento preventivo di altre funzioni e costituisce la base per l'esecuzione di altre. Ogni funzione opera in modo da aggiungere valore al servizio offerto dal complesso delle funzioni gerarchicamente inferiori ad essa. Concetto di stratificazione.

5 5 Modello OSI Scopo: fornire una descrizione astratta delle modalita' di comunicazione tra processi applicativi residenti in sistemi diversi. L'architettura di riferimento e' usata per la definizione e per la normalizzazione delle procedure di comunicazione tra sistemi allo scopo di consentirne la cooperazione. La cooperazione non riguarda solo lo scambio di informazione ma comprende anche gli aspetti relativi all'elaborazione ed all'utilizzazione della stessa. Sistema= insieme di uno o piu' elaboratori (comprensivi di periferiche ed operatori) in grado di elaborare e trasferire l'informazione. Processo applicativo= elemento di un sistema che esegue l'elaborazione dell'informazione per una particolare applicazione.

6 6 Processi applicativi Sistema A Sistema B Sistema C Mezzi di trasmissione Fig. II.2.1 Elementi fondamentali di una architettura di comunicazione.

7 7 Il modello non considera la realizzazione pratica delle funzioni. Sviluppo del modello: 1) definizione delle funzioni che un sistema deve svolgere (architettura funzionale); 2) descrizione delle modalita' di esecuzione delle funzioni precedentemente definite (procedure operative). Le procedure operative sono gli elementi costitutivi dei protocolli di comunicazione. Protocollo= insieme di regole procedurali e sintattiche in accordo alle quali avviene lo scambio delle informazioni - sintassi - semantica - temporizzazione Argomenti: -concetto di strato -modalita' di comunicazione tra gli elementi di uno strato -analisi delle funzioni di uno strato

8 8 Concetto di stratificazione L'esecuzione di un dato insieme di funzioni presuppone che un altro insieme di esse sia gia' stato eseguito. L'unione dei due insiemi costituira' la base per l'esecuzione di altre funzioni successive. raggruppamento e stratificazione delle funzioni di comunicazione raggruppamento: funzioni simili per logica e tecnologia sono ragruppate in insiemi omogenei stratificazione: gli insiemi sono organizzati gerarchicamente in modo che ognuno di essi arricchisca di un ulteriore insieme di funzioni il servizio fornito dall'insieme funzionale gerarchicamente inferiore. sistema = successione ordinata di sottosistemi sottosistema=parte del sistema interessata a svolgere funzioni appartenenti a un dato raggruppamento. Tutti i sottosistemi, appartenenti a qualunque sistema e caratterizzati da uno stesso raggruppamento funzionale (omologhi) formano uno strato.

9 9 Indipendenza funzionale dei vari strati sottosistema=insieme di piu' entita'. entita'= elemento attivo, hardware o software, di un sottosistema che provvede all'esecuzione di una o piu' tra le funzioni dello strato. Durante la comunicazione entita' dello stesso strato appartenenti ai sistemi interconnessi comunicano tra loro per espletare le funzioni loro assegnate. Notazioni: (N)-strato, (N)-entita' Fig 2 Ogni (N)-strato, sfruttando il servizio dello strato inferiore, fornisce alla (N+1)-entita' un (N)-servizio. Un (N)-servizio e' un particolare sottoinsieme delle funzioni eseguite dall'(n)-strato (contiene solo le funzioni visibili all'interfaccia tra l'(n)-strato e l'(n+1)- strato. I punti (logici) in cui un (N)-servizio viene fornito alle (N+1)-entita' sono detti (N)-punto d'accesso al servizio, (N)-SAP.

10 10 Sistema A Sistema B Strato più elevato (N+1) - Strato Sottosistema (N) - Strato (N-1) - Strato (N)-Entità Strato più basso Mezzi di trasmissione Fig. II.2.2 Stratificazione funzionale di sistemi.

11 11 Sistema A (N+1)-Servizio Sistema B (N+1)-Servizio (N+1)-SAP (N+1)-SAP (N+1)-Entità (N+1)-Protocollo (N+1)-Entità (N+1)-Strato (N)-Servizio (N)-Servizio (N)-SAP (N)-SAP (N)-Entità (N)-Protocollo (N)-Entità (N)-Strato (N-1)-SAP (N-1)-SAP (N-1)-Connessione (N-1)-Strato Fig. II.2.3 Relazione tra gli elementi di una architettura di comunicazione con trasferimento nel modo con connessione.

12 12 Comunicazione tra entita' (N)-protocollo Lo scambio informativo tra due (N+1) entita' e' realizzato mediante i servizi messi a disposizione dallo strato inferiore [ (N)-strato ] (N)-connessione I mezzi per instaurare, mantenere e abbattere una (N)-connessione sono forniti dall' (N)-servizio Tale modalita' e' orientata alla connessione, esiste anche un'altra modalita' senza connessione in cui le entita' possono inviare informazione senza prima attivare una connessione. Il modello-base OSI e' orientato alla connessione. Ogni (N)-SAP e' identificato da un (N)-indirizzo che identifica univocamente la (N+1)-entita' connessa allo specificato (N)-SAP All'interno di un (N)-SAP i punti terminali delle (N)- connessioni sono identificati dagli identificatori dei punti terminali di una (N)-connessione.

13 13 (N)-Entità (N)-Entità (N)-Entità (N)-Strato A B C (N-1)-SAP (N-1)-Strato Connessione punto-multipunto Connessioni punto-punto Punti terminali delle (N-1)-connessioni Fig. II.2.4 Esempi di connessioni di strato.

14 14 Ogni (N)-entita' gestisce due tipi di flussi informativi: - con entita' appartenenti agli strati adiacenti (il trasferimento di informazione e' diretto) - con entita' dello stesso strato appartenenti a sistemi diversi (il trasferimento di informazione e' indiretto ed utilizza la connessione messa a disposizione dallo strato inferiore [tranne per quanto riguarda lo strato piu' basso]) L'attivita' di normalizzazione riguarda solo il colloquio tra entita' dello stesso strato. UNITA' DI DATI Lo scambio informativo tra (N+1)-entita' avviene mediante le unita' di dati dell'(n+1)-protocollo [(N+1)- PDU, Protocol Data Unit]. Una volta consegnata all'(n)-strato, una (N+1)-PDU diventa una unita' di dati dell'(n)-servizio [(N)-SDU, Service Data Unit]. Ad ogni (N)-SDU viene aggiunta una informazione di controllo dell'(n)-protocollo [(N)-PCI, Protocol Control Information]. Questa e' l'informazione che le (N) entita' si scambiano per coordinare il loro funzionamento.

15 15 (N)-(N) Entita' alla pari (N+1)-(N) Entita' di strati adiacenti Informazione di controllo Informazione di controllo dell'(n)-protocollo Informazione di controllo dell'(n)-interfaccia Informazione di dati Dati dell'(n)-utente Dati dell'(n)-interfaccia Unita' di dati Unita' di dati dell'(n)-protocollo Unita' di dati dell'(n)-interfaccia Fig. II.2.5 Relazioni tra tipi di informazione e unita' di dati. (N+1)-PDU (N)-SAP (N+1)-Strato (N)-Strato (N)-PCI (N)-SDU (N)-PDU Fig. II.2.6 Esempio di relazione tra unita' di dati in strati adiacenti.

16 16 L'unione di una (N)-PCI e di una (N)-SDU forma una (N)-PDU. Una (N+1)-PDU e' trasferita da una (N+1) entita' ad una (N) entita' sotto forma di una o piu' unita' di dati dell'(n)-interfaccia [(N)-IDU, Interface Data Unit]. ELEMENTI FUNZIONALI DI UNO STRATO 1- gestione della connessione 2- trattamento delle unita' di dati L' (N)-strato gestisce una (N)-connessione instaurandola e abbattendola, seguendo le richieste delle (N+1)-entita' che la utilizzano a) Funzioni di multiplazione e suddivisione Esistono tre tipi di relazione tra connessioni appartenenti a strati adiacenti: - Una (N)-connessione una (N-1)-connessione; - Diverse (N)-connessioni una (N-1)-connessione; - Una (N)-connessione diverse (N-1)-connessioni;

17 17 b) Funzioni di controllo di flusso c) risequenziamento d) trasferimento di dati con urgenza, (N)-unita' di dati veloci [(N)-EXDU, Expedited Data Unit]. e) segmentazione (riunificazione) aggregazione (disaggregazione) concatenazione (separazione)

18 18 (N)-PCI (N)-PCI (N)-SDU (N)-SDU (N)-PDU A (N)-PDU (N)-PDU B (N)-PCI (N)-PCI (N)-SDU (N)-SDU (N)-PDU (N)-PDU (N)-PDU C (N-1)-SDU D A - Corrispondenza uno a uno tra (N)-SDU e (N)-PDU. B - Funzioni di segmentazione e ricostruzione. C - Funzioni di aggregazione e di disaggregazione. D - Funzioni di concatenazione e separazione. Fig. II.2.7 Possibili relazioni tra unita' di dati in strati adiacenti.

19 19 f) gestione di situazioni di errore se una (N)-entita' rivela una condizione di errore lo notifica alla (N+1)-entita'

20 20 MODELLO ASTRATTO DEL SERVIZIO DI UNO STRATO La (N+1)-entita', connessa ad un (N)-SAP e' detta (N)-utente dell'(n)-servizio. L'insieme delle (N)-entita' che cooperano per l'esecuzione delle funzioni dell'(n)-servizio e' detto (N)-fornitore. L'(N)-servizio e' composto logicamente da un insieme di elementi di servizio che corrispondono a particolari funzioni. Le interazioni tra utente e fornitore attraverso un (N) SAP, necessarie per attuare un elemento di servizio, sono dette primitive di servizio. Ne esistono quattro tipi: -primitive di richiesta -primitive di indicazione -primitive di risposta -primitive di conferma

21 21 Utente (N)-servizio Utente (N)-servizio RICHIESTA (N)-SAP CONFERMA INDICAZIONE (N)-SAP RISPOSTA (N+1)-Strato (N)-Strato (N)-Entità (N)-Protocollo (N)-Entità Fornitore dell'(n)-servizio Fig. II.2.8 Modello e primitive di servizio di un generico (N)-strato. Un elemento di servizio puo' essere classificato nel modo seguente: -servizio confermato servizio non confermato -servizio iniziato dal fornitore

22 22 Utente del servizio Fornitore del servizio Utente del servizio Utente del servizio Fornitore del servizio Utente del servizio Primitiva di richiesta Primitiva di indicazione Primitiva di richiesta Primitiva di indicazione Primitiva di conferma Primitiva di risposta B A Utente del servizio Fornitore del servizio Utente del servizio A - Servizio confermato. B - servizio non confermato. C - Servizio iniziato dal fornitore. Primitiva di indicazione Primitiva di indicazione C Fig. II.2.9 Classificazione dei servizi di strato.

23 23 DESCRIZIONE DEGLI STRATI Principi di definizione degli strati: - funzioni simili sono raggruppate nello stesso strato; - funzioni diverse, sia per logica che per tecnologia, sono collocate in strati diversi; -l'interfaccia tra due strati e' stabilita in modo da minimizzare la complessita' ed il numero di interazioni tra gli strati stessi. Strati: Application (A) Presentation (P) Session (S) Transport (T) Network(N) Data Link (DL) Physical (PH)

24 24 Strato di Applicazione Strato di Presentazione Strato di Sessione Strato di Trasporto Strato di Rete Strato di Collegamento Strato Fisico Protocollo di Applicazione Protocollo di Presentazione Protocollo di Sessione Protocollo di Trasporto Protocollo di Rete Protocollo di Collegamento Protocollo di Strato Fisico Strato di Applicazione Strato di Presentazione Strato di Sessione Strato di Trasporto Strato di Rete Strato di Collegamento Strato Fisico Mezzi Fisici di Trasmissione Fig. II.3.1 Architettura del modello OSI. Non tutti i sistemi impegnati in una comunicazione rappresentano le origini o le destinazioni finali delle informazioni; esistono anche sistemi di rilegamento che concatenano le varie tratte della connessione.

25 25 Strati di Strati di utilizzazione utilizzazione Strato 3 Strato 3 Strato 2 Strato 2 Strato 1 Strato 1 Strato 1 Strato 1 Strato 1 Apparecchio terminale Nodo di accesso Nodo di transito Nodo di accesso Apparecchio terminale Fig. III.4.1 Architettura protocollare per il trasferimento dell'informazione di utente in una rete operante con modo di trasferimento a circuito. Strati di utilizzazione Strati di utilizzazione Strato 3 Strato 2 Strato 1 Strato 3 Strato 2 Strato 1 Strato 3 Strato 2 Strato 1 Strato 3 Strato 2 Strato 1 Strato 3 Strato 2 Strato 1 Apparecchio terminale Nodo di accesso Nodo di transito Nodo di accesso Apparecchio terminale Fig. III.4.2 Architettura protocollare per il trasferimento dell'informazione di utente in una rete operante con modo di trasferimento a pacchetto.

26 26 STRATO DI APPLICAZIONE Scopo: fornire ai processi applicativi residenti in un sistema i mezzi per accedere all'ambiente OSI. Fa si' che l'ambiente OSI costituisca una macchina virtuale in grado di associare un processo applicativo con qualsiasi altro processo residente in un qualsiasi altro sistema remoto. Definizione degli elementi di servizio dello strato di applicazione (Fig 12) Elementi comuni: - instaurazione e identificazione di connessioni. - verifica della disponibilita' delle risorse -determinazione della qualita' di servizio richiesta -determinazione di una sintassi di trasferimento -trasferimento delle informazioni -terminazione dell'associazione tra processi applicativi

27 27 Es.: servizio di trasferimento e manipolazione di archivi, terminale virtuale, , Remote Job Entry. Elementi di servizio specifici di particolari applicazioni (USSE) Elementi di servizio specifici per classi di applicazioni (SASE) Elementi di servizio comuni a tutte le applicazioni (CASE) ENTITÀ DI APPLICAZIONE Fig. II.3.2 Definizione degli elementi di servizio dello strato di applicazione. STRATO DI PRESENTAZIONE Scopo: risolvere i problemi di compatibilita' tra due qualsiasi entita' di applicazione per quanto riguarda la rappresentazione dei dati; in particolare lo strato di presentazione deve sollevare le entita' di applicazione da ogni problema relativo alla trasformazione della sintassi dei dati (anche conversione dei codici e degli insiemi di caratteri). Altre funzioni: compressione dei dati, crittografia Es.: conversione di alfabeti

28 28 STRATO DI SESSIONE Scopo: strutturare e sincronizzare lo scambio dati in modo da poterlo sospendere, riprendere e terminare ordinatamente. Maschera eventuali interruzioni del servizio di trasporto e mantiene una continuita' logica nell'evoluzione della connessione di sessione. Il colloquio tra due entita' di presentazione e' strutturato in attivita' formate da una o piu' unita' di colloquio (Fig 13) Un punto di sincronizzazione primaria e' un punto in cui il colloquio puo' essere reinizializzato in caso di guasti Es.: passare da una "finestra" ad un'altra Attività Unità di colloquio Unità di colloquio Unità di colloquio Inizio attività Punti di sincronizzazione secondari Punti di sincronizzazione primari Fine attività Fig. II.3.3 Definizione di attivita' e di unita' di colloquio nello strato di sessione.

29 29 STRATO DI TRASPORTO Scopo: trasferimento trasparente delle unita' dati. Colmare eventuali deficienze e fluttuazioni della qualita' di servizio delle connessioni di rete. Instaurare e abbattere le connessioni di rete. E' il primo strato che ha esclusivamente un significato da estremo ad estremo. Se la qualita' di servizio e' insufficiente lo strato di trasporto deve provvedere a migliorarla fino al livello richiesto dallo strato di sessione. Classi di servizio caratterizzate da: -portata -ritardo di trasferimento -tasso di errore -disponibilita' della connessione I mezzi che lo stato di trasporto ha per ottimizzare l'utilizzazione delle risorse di rete sono la multiplazione e la suddivisione.

30 30 STRATO DI RETE Scopo: rendere invisibile allo strato di trasporto il modo in cui sono utilizzate le risorse di rete (lo strato di trasporto vede solo la qualita' di servizio della connessione). Sottorete a bassa qualità Sottorete ad alta qualità Connessione a bassa qualità Fig. II.3.4 Primo esempio di interconnessione di sottoreti. Qualità migliorata Sottorete a bassa qualità Sottorete ad alta qualità Connessione ad alta qualità Fig. II.3.5 Secondo esempio di interconnessione di sottoreti. Altre funzioni: controllo del flusso delle unita' di dati instradamento indirizzamento statistiche del trasferimento (tariffazione)

31 31 STRATO DI COLLEGAMENTO Scopo: fronteggiare eventuali malfunzionamenti che dovessero verificarsi nello strato fisico. Rivelazione e recupero degli errori. Regolazione del flusso (pacing). Gestione della linea (simlex, duplex). Lo strato di collegamento puo' offrire diverse classi di servizio allo strato di rete. STRATO FISICO Scopo: effettuare il trasferimento fisico delle cifre binarie scambiate dalle entita' di collegamento. Assicura l'indipendenza della comunicazione dal particolare mezzo trasmissivo utilizzato. Es.: tratta costituita da fibra+cavo coassiale+ponte radio. Servizi dello strato fisico: -gestione e identificazione della connessione fisica -trasmissione delle unita' di dati.

32 32 Connessione: punto-punto; punto-multipunto. Modalita': dupex half duplex simplex Parametri fisici: volts, ampere, µs (1)-SAP (1)-SAP Entità di strato fisico Strato Fisico Connessione Fisica Mezzi di Trasmissione Fig. II.3.6 Modello generale di una connessione fisica.

33 33 Funzioni comuni a tutti gli strati: Strato (N): fornire i mezzi per instaurare, mantenere e abbattere le (N)-connessioni tra le (N+1) entita'. Critiche: Ricerca Investimento Attivita' Standards Tempo gli strati non hanno la stessa "dimensione" ed importanza (lo strato di sessione e' usato da poche applicazioni e lo strato di presentazione e' quasi vuoto) il modello e' molto complesso molte funzioni (controllo di flusso e di errore ad es) appaiono in piu' strati. Non e' chiaro perche' alcune funzioni sono disposte in determinati strati (gestione del terminale virtuale, crittografia)