10. Stratificazione dei protocolli

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1 10. Stratificazione dei protocolli Introduzione Abbiamo visto la struttura dell'internet. Ora dobbiamo esaminare la struttura del restante software di comunicazione, che è organizzato secondo il principio della stratificazione, per ottenere semplicità nella comprensione delle specifiche e nello sviluppo del software Perché servono molti protocolli? Non basta astrarre dalle caratteristiche hardware e dalla topologia, arrivando al livello di rete (notare che comunque ne abbiamo già almeno due: quello di sottorete e quello di internet) Occorre una famiglia o suite di protocolli per affrontare una serie di problemi: fallimenti hardware congestione a livello di rete ritardo o perdita di pacchetti corruzione dei dati duplicazione dei pacchetti o errori di sequenza IP è best effort e quindi non risolve completamente questi problemi Come sempre quando il problema da risolvere è molto complesso, si scompone il problema in sottoproblemi, che si affrontano separatamente: stratificazione! Pagina 10.1

2 10.3. I livelli concettuali del software di protocollo (Notare: la differenza che il libro fa fra hardware e software è poco significativa, perché il confine fra hardware e software si sposta!) Mittente Ricevente Livello N... Livello 2 Livello 1 Livello N... Livello 2 Livello 1 Linea fisica La situazione può essere più complicata, perché un livello può decidere per esempio di instradare il pacchetto verso un'altra macchina. Il caso internet che abbiamo già visto è interpretabile così Strati Concettuali Strato di protocollo di alto livello Organizzazione del software Protocollo 1 Protocollo 2 Protocollo 3 Strato di procollo di internet Strato di interfaccia di sottorete Modulo IP Interfaccia 1 Interfaccia 2 Ma nel diagramma non si evidenziano i rapporti far le macchine: Pagina 10.2

3 Mittente Ricevente Altro Altro Strato IP Strato IP Strato IP Strato IP Interfaccia Interfaccia Interfaccia Interfaccia Rete 1 Rete 2 Rete 3 Solo quando si arriva a destinazione IP estrae il pacchetto dalla rete e lo consegna al protocollo destinatario Funzionalità degli strati Quale funzionalità si deve localizzare in ciascuno strato? Quasi tutte le suite di protocolli, anche quelle proprietarie (mentre internet è una suite aperta) sono giunte allo stesso schema Pagina 10.3

4 Il modello di riferimento ISO a 7 livelli Lavoro di standardizzazione fatto dall'international Organisation for Standardisation: Open System Interconnection (OSI), suite aperta multivendor Livello o strato Funzionalità 7 Applicazione 6 Presentazione 5 Sessione 4 Trasporto 3 Rete 2 Data Link 1 Fisico Fisico: trattamento hardware del mezzo trasmissivo Data Link: realizzazione della trama di trasmissione e trattamento della sottorete. È l'interfaccia hardware con cui parla IP Rete: il livello di interconnessione delle sottoreti. Corrisponde a IP Trasporto: realizza una connessione affidabile fra processi (non fra solo fra macchine) Sessione: fornisce servizi di sincronizzazione fra gli utenti che no sono disponibili a livello di trasporto (manca in internet) Presentazione: permette il trasferimento di strutture dati anche complesse, con mantenimento del significato dei dati Applicazione: finalmente le applicazioni distribuite di interesse per gli operatori (ad es. posta elettronica) Pagina 10.4

5 10.5. Il modello CCITT 25 Attenzione che il libro contiene molte imprecisioni, dovute al fatto che è datato! Vedere quanto detto sopra Il modello di stratificazione di TCP/IP internet Internet è l'altra suite aperta multivendor (non legata ad alcun costruttore). A prima vista è costituito da soli quattro strati: Applicazione, Trasporto, Internet, Network Interface. In realtà vi è ovviamente anche il livello fisico. L'Applicazione spesso include un livello di presentazione basato su un subset della presentazione OSI Differenze fra OSI e Internet Affidabilità a livello di link oppure end-to-end (anche qui il testo è molto datato nella sua presentazione del confronto) OSI: affidabilità a livello di rete livello di data link affidabile, il servizio di rete realizza interconnessione affidabile fra sottoreti. Il livello di trasporto aggiunge affidabilità end-to-end: fra processi e non solo fra macchine TCP/IP: affidabilità solo a livello end-to-end (trasporto) TCP/IP è quindi molto più semplice da realizzare a livello IP, e utilizza al massimo le risorse che sono utilizzate per realizzare l'internet; infine permette il facile utilizzo di sottoreti che sono inerentemente inaffidabili (come ethernet) ma con prestazioni elevate a costi bassi Pagina 10.5

6 Luogo di autorità e di controllo In OSI/CCITT il luogo di controllo e di autorità è il livello di rete, che deve permettere di fornire servizi a pagamento: quindi deve garantire un alto livello di servizio, altrimenti nn potrebbe essere fatturato Internet è stato pensata per realizzare reti private, nelle quali non si paga il servizio di rete, ma si pagano le risorse necessarie a realizzare la rete (hardware e linee fisiche): l'importante è quindi sfruttare al massimo le risorse che sono state acquistate; quando non sono più sufficienti, se ne comprano altre! Recentemente, anche ISO ha standardizzato l'uso di reti inaffidabili con un servizio di rete connectionless Pagina 10.6

7 10.7. Il principio della stratificazione dei protocolli Illustrato per internet, ma è uguale per OSI Il progettista affronta un livello alla volta, e si concentra nella implementazione del protocollo (regola di comportamento e formato di messaggi) che caratterizza il livello Ogni livello utilizza i servizi offerti dal livello inferiore e offre dei servizi al livello superiore. L'utilizzo dei servizi sottostanti può essere modellato come consegna di messaggi al livello inferiore, e ricezione di messaggi dal livello inferiore Host A Host B Applicazione Trasporto Internet Network Interface Protocollo applicativo identico messaggio TCP identico pacchetto IP identico datagramma Data Link identica trama Applicazione Trasporto Internet Network Interface Rete fisica Pagina 10.7

8 10.8. Stratificazione in presenza di sottostruttura di rete Questo capitolo tratta l'uso di reti geografiche al di sotto di IP. Vi sono due modi per farlo Gestione di link punto-punto: il fatto che la rete geografica possa connettere molte macchine viene modellato come la disponibilità di molti collegamenti punto-punto, come se fossero delle semplici linee. Ad ogni linea viene assegnata una rete IP (classe C, ad es.), e si aggiungono sufficienti righe alla tabella di routing per instradare i pacchetti sul link fisico opportuno (o per mappare l'indirizzo IP sull'indirizzo della macchina sulla rete geografica). Svantaggio: tabelle di routing molto grandi, ingestibile per reti grandi Gestione della intera rete come una unica rete IP: la rete ha la sua struttura di frame e il suo protocollo di accesso. Occorre una interfaccia che permetta l'accesso alla rete geografica (e questa interfaccia può essere complessa da gestire) e una regola per mappare gli indirizzi IP sugli indirizzi della sottorete. Se tale regola non c'è, le tabelle di mapping possono essere molto grandi Notare: il libro chiama queste reti immerse nella rete IP intranet. questo termine oggi significa una cosa molto diversa. Vedremo poi Pagina 10.8

9 10.9. Due confini molto importanti in TCP/IP Strato concettuale Confine Applicazione Trasporto Software al di fuori del sistema operativo Software all'interno del sistema operativo Internet Network Interface Sono usati solo indirizzi IP Sono usati solo indirizzi fisici Hardware Notare che sia trasporto che internet sono implementati a livello di sistema operativo per raggiungere i necessari livelli di efficienza, mentre i protocolli superiori sono spesso fuori dal sistema per nn appesantirlo Lo svantaggio della stratificazione Lo svantaggio è la risultante inefficienza, soprattutto se la modularizzazione si basa sul passaggio di messaggi con copia degli stessi da uno strato all'altro Anche la separazioni delle informazioni di pertinenza dei due livelli può provocare inefficienza (formati degli header, lunghezze, etc.) Pagina 10.9

10 Multiplexing e Demultiplexing È un concetto fondamentale nei sistemi distribuiti! Multiplexing = inviare messaggi di tipo diverso sullo stesso servizio di comunicazione, contraddistinti da campi opportuni (un campo) che sono propri del servizio stesso Demultiplexing = sul lato ricevente, il servizio consegna i diversi messaggi ai destinatari "giusti" basando la propri decisione sul valore del campo che distingue l'uso del servizio Esempi di multiplexing: la trama ethernet può essere usata da IP, da CLNP (quello OSI), ARP, RARP,... il pacchetto IP può essere usato da TCP, da ICMP, da UDP,... TCP può essere usato da processi diversi... Esempi di demultiplexing Il driver di ethernet consegna la trama al protocollo giusto basandosi su frame type IP consegna il pacchetto al protocollo giusto usando il campo PROTOCOL del proprio header TCP consegna il messaggio al processo giusto basandosi sul concetto di porta che vedremo poi Pagina 10.10