Il modello ISO/OSI e i livelli protocollari

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1 Il modello ISO/OSI e i livelli protocollari Mario Baldi Politecnico di Torino Dipartimento di Automatica e Informatica mario.baldi[at]polito.it staff.polito.it/mario.baldi

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3 Gerarchia a livelli: perchè? Divide et impera Si ha un problema complesso Scambio di informazioni Si divide in sottoproblemi più semplici Trasmissione di bit su un mezzo ModelloOSI - 3 Organizzazione delle informazioni

4 Gerarchia a livelli: come? Diversa divisione a seconda dell architettura protocollare Numero di livelli Nomi Funzionalità ModelloOSI - 4

5 ARP ARP 10GBASE-X 10GBASE-X (8B10B) (8B10B) 10GBASE-LX4 10GBASE-LX4 Le architetture protocollari Internet Protocol Suite Telnet Telnet FTP FTP SMTP SMTP HTTP HTTP TCP TCP IGMP IGMP IEEE 802.3ae MAC (opzionale) MAC (opzionale) Reconciliation Sublayer Reconciliation Sublayer 10GBASE-R (64B/66B) 10GBASE-R (64B/66B) WAN Interface Sublayer (WIS) WAN Interface Sublayer (WIS) 10GBASE-R 10GBASE-R 10GBASE-SR 10GBASE-LR 10GBASE-ER 10GBASE-SW 10GBASE-LW 10GBASE-EW 10GBASE-SR 10GBASE-LR 10GBASE-ER 10GBASE-SW 10GBASE-LW 10GBASE-EW 10GBASE-R RTP RTP SNMP SNMP Protocolli Protocolli di routing di routing IP IP UDP UDP NFS NFS XDR XDR RPC RPC ICMP ICMP Modello ISO/OSI GBASE-W Applicazione Presentazione Sessione Trasporto XGMII RetePCS Data Link PHY PMA Data Link PMD Fisico MD I ISO ISO (CSMA/ (CSMA/ CD) CD) 10BASE-T 10BASE-T Logical Logical Link Link Control Control ISO ISO ISO ISO Ethernet Token Ring IEEE/ANSI ed ISO IEEE / ISO IEEE 802.2/ISO Logical Link Control IEEE 802.2/ISO Logical Link Control CSMA/CD CSMA/CD Physical Layer Signaling (PLS) Physical Layer Signaling (PLS) 10BASE2 10BASE2 ISO ISO FDDI 100BASE5 100BASE Wireless LAN 10BASE-F 10BASE-F LLC MAC PHY LLC MAC MDI AUI PMA ModelloOSI - 5 LAN PHY WAN PHY

6 Il generico livello N-esimo Fornisce servizi al livello superiore (N+1) Interagendo con il livello N di un altro nodo Protocollo di livello N Usando i servizi del livello inferiore (N-1) ModelloOSI - 6

7 Livelli, protocolli e interfacce Livello 6 Interfaccia livelli 6/7 Protocollo di livello 6 Livello 6 Interfaccia livelli 5/6 Livello 5 Protocollo di livello 5 Livello 5 Interfaccia livelli 4/5 ModelloOSI - 7

8 Il modello ISO/OSI Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Fisico ModelloOSI - 8

9 Livello 1: Fisico Trasmissione di sequenze binarie sul canale di comunicazione A questo livello si specificano: tensioni dello 0 e del 1 tipi, dimensioni, impedenze dei cavi tipi di connettori Il livello fisico è nel dominio dell'ingegneria elettronica ModelloOSI - 9

10 Livello 2: Data Link Trasmissione (affidabile) di pacchetti di dati (frame) Accetta come input dei data frames (tipicamente pochi centinaia di byte) e li trasmette sequenzialmente Verifica della presenza di errori aggiungendo delle FCS (Frame Control Sequence) Può gestire meccanismi di correzione di errori tramite ritrasmissione ModelloOSI - 10

11 Livello 3: Network Instradamento dei messaggi attraverso più nodi Determina quali sistemi intermedi devono essere attraversati da un messaggio per giungere a destinazione Tabelle di instradamento per ottimizzare il traffico sulla rete Il livello 3 deve inoltre: provvedere instradamenti alternativi in caso di guasti evitare le congestioni della rete ModelloOSI - 11

12 Livello 4: Trasporto Frammenta in pacchetti adatti ad essere trasmessi dal livello 3 assicurando eventualmente che i pacchetti arrivino tutti e nel corretto ordine Il livello 4 è il primo livello endto-end Ignora la struttura della rete Multiplazione tra gli scambi di informazione che afferiscono ad un singolo elaboratore ModelloOSI - 12

13 ModelloOSI - 13 Livello 5: Sessione Organizzazione del dialogo tra due programmi applicativi e del conseguente scambio di dati Aggiungere servizi più avanzati: Gestione del dialogo: mono o bidirezionale Gestione di token servizi di mutua esclusione Sincronizzazione checkpoint per ridurre la quantità di dati da ritrasmettere in caso di gravi malfunzionamenti

14 ModelloOSI - 14 Livello 6: Presentazione Sintassi dell'informazione da trasferire Tre sintassi previste Sintassi astratta definizione formale dei dati che i programmi applicativi si scambiano (ISO 8824 o ASN.1) Sintassi concreta locale come i dati sono rappresentati localmente Sintassi di trasferimento come i dati sono codificati durante il trasferimento

15 Livello 6: Presentazione Funzioni ulteriori Compressione dei dati, Cifratura Autenticazione ModelloOSI - 15

16 Livello 7: Applicazione Procedure e formati legati a specifiche applicazioni Programmi appartenenti al sistema operativo o scritti dagli utenti, VT: Virtual Terminal Connessione interattiva ad un elaboratore remoto FTAM: File Transfer and Access Management X400: Posta Elettronica X500: Directory Service ModelloOSI - 16

17 Trasferimento dei dati I dati non sono trasferiti direttamente dal livello N di un nodo a quello di un altro Dati e informazioni di controllo sono passati al livello sottostante Il livello fisico effettua la trasmissione ModelloOSI - 17

18 Interfaccia Definisce operazioni primitive servizi sono forniti al livello superiore ModelloOSI - 18

19 Architetture protocollari Proprietarie (e in via di estinzione) SNA: System Network Architecture - IBM DECNET o DNA: Digital Network Architecture Digital Equipement Corporation (DEC) ModelloOSI - 19

20 Architetture protocollari OSI (Open Systems Interconnection) ISO (International Standard Organization) standard "de iure" Internet Protocol Suite o TCP/IP protocol suite Nata in ambito UNIX Lo standard "de facto" ModelloOSI - 20

21 ISO-OSI: Modello di riferimento Terminologia Guida per progettare e implementare Non usato Troppo complicato Esiste un implementazione Confronto di architetture protocollari ModelloOSI - 21

22 Terminologia OSI Entities: elementi attivi in ogni livello Peer entities: entità dello stesso livello su elaboratori diversi Le entità del livello N implementano servizi (services) forniti al livello N+1 In questo caso il livello N è detto service provider e il livello N+1 service user Ogni livello può offrire più classi di servizio (class of services) ModelloOSI - 22

23 Terminologia OSI I servizi sono accessibili tramite i SAP (Service Access Points) I SAP di livello N sono i luoghi dove il livello N+1 può accedere ai servizi del livello N I SAP hanno indirizzi che li identificano univocamente I dati scambiati all'interfaccia tra i livelli N+1 e N sono detti IDU (Interface Data Unit) composti da ICI: Interface Control Information SDU: Service Data Unit ModelloOSI - 23

24 Relazioni tra livelli adiacenti IDU ICI SDU SAP Livello N+1 Interfaccia ICI SDU Livello N Header SDU Protocol data unit: N-PDU ModelloOSI - 24

25 Trasmissione dei dati Sending Sending process process Receiving Receiving process process Data Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Link Fisico AHData PH Data SH Data TH Data NH Data DH Data bits DT Applicazione Presentazione Sessione Trasporto Rete Data Link Link Fisico ModelloOSI - 25

26 Esempio di relazioni tra livelli Transport layer layer NSAP TPDU Transport layer layer NSAP PCI NSDU * NPDU PCI NSDU PCI NSDU PCI NSDU NPDU packet NPDU packet Data Data Link Link layer layer DLPDU Data Data Link Link layer layer ModelloOSI - 26 Frammentazione: una N-SDU è divisa in parti e ogni parte trasferita in una diversa N-PDU

27 Primitive di Servizio I servizi offerti da un livello al livello superiore sono realizzati tramite le primitive di servizio Request Indication Response Confirm Ogni primitiva ha un insieme di parametri con cui viene invocata ModelloOSI - 27

28 Primitive di Servizio Request generata da un requester ad un provider per richiedere un servizio (es: trasmissione di un pacchetto) Indication generata da un provider per notificare ad un requester il compimento di un evento significativo (es: ricezione di un pacchetto) ModelloOSI - 28

29 ModelloOSI - 29 Primitive di Servizio Response generata da un requester per confermare o completare un azione precedentemente intrapresa dal provider attraverso una primitiva di indication (es: avvenuta ricezione) Confirm generata da un provider per notificare al requester il risultato di una o più primitive precedentemente attivate tramite una request (es: avvenuta trasmissione)

30 Diagrammi Temporali CONFIRMED Entità di livello N+1 ISO.request Servizi del Livello N Entità di livello N+1 TIME ISO.indication ISO.response ISO.confirm Entità di livello N+1 ISO.request UNCONFIRMED Servizi del Livello N Entità di livello N+1 TIME ISO.indication ModelloOSI - 30

31 Connectionless service I dati sono inviati in messaggi senza stabilire in precedenza un contatto Trasmissione a Datagram La ricezione non è confermata No acknowledgement Un messaggio può essere perso o rovinato da problemi trasmissivi Non c è controllo di flusso I messaggi possono essere troppi per rete e ricevitore ModelloOSI - 31

32 Connectionless service La trasmissione può essere punto-punto Punto-multipunto Multicast o broadcast Usato su reti con basso tasso di errore LAN per esempio Ethernet Semplice e duttile ModelloOSI - 32 Per esempio IP)

33 Connection-Oriented Service Servizio più sofisticato Si crea una connessione prima di trasferire dati Si può garantire che ogni messaggio Sia ricevuto correttamente Sia ricevuto solo una volta Sia ricevuto nell'ordine corretto ModelloOSI - 33

34 Servizi Connessi e non ISSUE Conn-Oriented Connectionless Initial Setup Required Not Possible Dest. addr. During Setup Every Packet Packet Seq. Guaranteed Not Guaranteed Error Control Provided Not Provided Flow Control Provided Not Provided Option Neg. Yes No Prot. overhead High Low Conn. ID Yes No ModelloOSI - 34

35 Possibili Combinazioni I livelli 2, 3 e 4 possono operare sia in modalità connessa che non Essi possono appoggiarsi a livelli inferiori che operano con la stessa modalità oppure con modalità opposta: in tal caso il protocollo del livello richiedente provvede (se necessario) a svolgere le funzioni di supporto alla connessione I livelli 5, 6 e 7 non forniscono adattamento da una modalità all altra ModelloOSI - 35

36 ModelloOSI - 36 Indirizzi Un indirizzo in OSI è associato ad un Application Process (AP) L'indirizzo di un AP è dato dalla concatenazione di PSAP + SSAP + TSAP + NSAP In pratica PSAP e SSAP coincidono e si parla di P/SSAP DSAP (livello 2) Su canali broadcast e multipunto identifica l end-system Discriminare tra diverse entità protocollari di livello 3

37 Nomi L'utilizzo degli indirizzi per accedere alle risorse non è conveniente per gli utenti che preferiscono usare nomi I nomi sono tradotti in indirizzi sulla stazione mittente interrogando un name server che garantisce l'univocità dei nomi ed associa loro l'indirizzo. ModelloOSI - 37

38 Nomi I nomi possono essere Nomi Primitivi silvano@pol88a.polito.it Nomi Descrittivi Silvano Gai, Politecnico, Torino, Italy) Name service previsto (!?) X.500 (directory service) nomi descrittivi ModelloOSI - 38