2: Architettura delle reti e modello OSI

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1 1 1 2: Architettura delle reti e modello OSI Architettura di rete 2 Una rete è costituita da componenti hardware (cavi, interfacce, circuiti integrati, processori, RAM, ) e componenti software (per la implementazione di algoritmi finalizzati al trasferimento dei dati non realizzabili con hardware) L architettura di una rete definisce le specifiche con cui si vuole realizzarla Architettura strutturata Per ridurre la complessità del problema lo si spezza in parti Si definisce l insieme di compiti che ogni parte deve eseguire Si definiscono i meccanismi con cui le diverse parti interagiscono tra loro (interfaccia) Si maschera la implementazione di ciascuna parte alle altre parti

2 2 Architettura stratificata 3 La strutturazione idonea per una architettura di rete è la stratificazione La rete viene strutturata in livelli (detti anche strati, o layer), visti come una pila di oggetti, dove ciascuno strato ha il compito di fornire un servizio allo strato superiore. La definizione delle regole di accesso ai servizi offerti da uno strato costituisce l interfaccia tra quello strato e lo strato superiore; è l unica cosa che lo strato superiore deve conoscere sullo strato sottostante Ciascuno strato realizza i servizi per lo strato superiore comunicando logicamente con lo strato paritario del nodo remoto, attraverso un insieme di regole dette protocollo. Lo scambio di dati con lo strato paritario viene realizzato utilizzando i servizi dello strato sottostante. I dettagli realizzativi di come i servizi che lo strato N fornisce allo strato N+1 vengano realizzati sono sconosciuti agli altri strati Struttura a strati 4

3 3 Lo strato 5 Uno strato è definito quando sono definite le sue funzioni Uno strato può occuparsi dello scambio dei dati tra due applicazioni (ad es. richieste, risposte, controllo della comunicazione logica), senza occuparsi di questioni relative al modo in cui i dati debbano viaggiare sulla rete, o alla codifica dei dati Un altro strato può occuparsi di come recapitare i dati attraverso i vari nodi della sottorete, senza occuparsi né del significato dei dati, né del modo in cui vanno codificati i bit sul mezzo trasmissivo Una questione comune a tutti gli strati riguarda l indirizzamento uno strato può fornire servizio a diverse entità dello strato superiore, e deve poter indirizzare i dati verso la destinazione corretta Il protocollo Un protocollo è un insieme di regole che definiscono la comunicazione tra due strati di pari livello Esempio: protocollo per trasferimento di file il client comunica al server voglio trasferire un file ed attende la risposta da lui il server risponde tu chi sei? ed attende la comunicazione dal client il client invia lo username il server risponde: non sei autorizzato / dammi la password nel primo caso il client chiude, nel secondo invia la password il server accetta la password (se corretta) o la richiede nel secondo caso il client deve fornirla nuovamente il client comunica il nome del file che vuole trasferire il server fornisce il file il client legge il file e lo copia localmente il server chiude la comunicazione 6

4 4 Protocol Data Unit 7 Il protocollo definisce quindi le modalità con cui due entità comunicano Generalmente un protocollo prevede lo scambio di dati e di informazioni di controllo per gestire la comunicazione; ad esempio: informazioni di controllo per negoziare le caratteristiche della comunicazione (la dimensione dei pacchetti, la velocità, ) informazioni di riscontro (acknowledge) sulla ricezione dei dati Il pacchetto unitario (dati o informazioni di controllo) che si scambiano due strati paritari è detto PDU Normalmente ci si riferisce alla PDU dello strato X con la sigla X-PDU, o XPDU Il servizio 8 Il servizio offerto da uno strato allo strato superiore definisce cosa lo strato superiore può ottenere dallo strato inferiore; ad esempio: servizio di recapito dei dati affidabile o non affidabile servizio orientato alla connessione o connection less servizi di comunicazione multicast o broadcast Il servizio è sostanzialmente la definizione di un rapporto client-server, dove il client è lo strato superiore ed il server è lo strato inferiore

5 5 Servizi orientati alla connessione 9 La comunicazione si sviluppa in tre fasi: attivazione della connessione: in questa fase non ci si scambiano dati, ma si eseguono le operazioni necessarie al successivo scambio di dati (si allocano le risorse, ci si accorda sulle modalità di comunicazione, eventualmente si rifiuta la connessione, ) trasferimento dati: non è necessario che i dati siano indirizzati, in quanto la loro destinazione è determinata dall appartenenza ad una connessione. rilascio della connessione: il rilascio lo si fa in modo che entrambi i lati della connessione siano consapevoli di ciò, e rilascino le risorse L esempio classico di servizio connection oriented è la comunicazione telefonica Servizi non orientati alla connessione 10 La comunicazione non prevede una fase iniziale, nè una fase finale: i dati vengono inviati alla controparte senza sapere se è pronta a riceverli. Ogni blocco di dati deve riportare l indirizzo del destinatario (e del mittente) Il servizio non orientato alla connessione funziona come il servizio postale

6 6 Qualità del servizio 11 Servizio affidabile garantisce che i dati arrivino correttamente a destinazione, nell ordine giusto il servizio realizza l affidabilità utilizzando un protocollo che preveda riscontri sulla ricezione dei dati. Servizio inaffidabile non si occupa di garantire la riuscita del trasferimento dei dati, o dell ordinamento degli stessi: qualora fosse necessario, si occuperanno della cosa gli strati superiori. Qualità del servizio (2) 12 I servizi orientati alla connessione si possono classificare: flusso affidabile di messaggi (servizio affidabile orientato al messaggio: una sequenza di pagine di un libro, fax) flusso affidabile di byte (servizio affidabile orientato al byte: trasferimento file) connessione inaffidabile (servizio non affidabile: telefonia) I servizi non orientati alla connessione si possono classificare: servizio di datagramma inaffidabile (servizio inaffidabile: accesso ad un database) servizio di datagramma affidabile (protocolli di data link layer)

7 7 L interfaccia 13 L interfaccia tra due strati adiacenti definisce le modalità con cui lo strato superiore può usufruire dei servizi offerti allo strato inferiore L interfaccia è specificata dalla definizione di primitive di servizio, che istruiscono lo strato inferiore ad eseguire determinate azioni L interfaccia definisce anche i parametri che gli strati si scambiano (ad esempio un puntatore alla PDU che lo strato superiore deve inviare o che lo strato inferiore deve recapitare) nel caso di implementazioni software, le primitive di servizio sono di fatto chiamate a funzione, ed i parametri sono gli argomenti delle funzioni Primitive di servizio 14 Le primitive di servizio costituiscono le operazioni che lo strato superiore ha a disposizione per accedere al servizio Queste dipendono dalla natura del servizio reso disponibile un servizio connection oriented metterà a disposizione primitive del tipo Listen (attesa di una connessione entrante) Connect (richiede una connessione) Receive (attesa di dati) Send (invio di dati) Disconnect (richiesta di disconnessione) un servizio connection less potrebbe avere le sole Send e Receive

8 8 Definizione della architettura 15 L architettura (stratificata) della rete si realizza con la definizione di strati: partizionamento delle funzionalità servizi: quali servizi lo strato è in grado di offrire allo strato superiore interfacce tra gli strati: come lo strato superiore accede ai servizi offerti dallo strato inferiore protocolli: come comunicano i processi paritari Flusso dei dati 16

9 9 Flusso dei dati (2) 17 Ogni livello organizza la sua comunicazione come se avvenisse direttamente con il processo paritario, secondo il protocollo (flusso virtuale). I dati in realtà scorrono dal livello superiore al livello inferiore nel nodo che trasmette, ed in senso inverso nel nodo che riceve Il livello N preleva la PDU del livello N+1, e costruisce la propria PDU: se necessario spezza la PDU dello strato superiore in pezzi aggiunge in testa a ciascun pezzo un header con informazioni di controllo se deve, aggiunge in coda a ciascun pezzo un trailer con informazioni di controllo ciascun pezzo così formato costituisce una PDU del livello N Il livello N accede quindi ai servizi dello strato N-1 per inviare i dati al processo paritario N sul nodo remoto Modello OSI 18 Nel 1977 l ISO ha costituito un gruppo allo scopo di produrre uno standard universale per le architetture di rete Il modello è stato pubblicato nel 1983 col nome OSI (Open System Interconnection) Lo scopo era quello di definire una architettura (strati, protocolli, interfacce) in modo sufficientemente preciso da consentire implementazioni indipendenti ma interoperanti in realtà il modello non definisce esattamente i protocolli ed i servizi, ma piu in generale quello che ogni strato deve fare; le specifiche di protocolli e servizi sono state definite e pubblicate a parte.

10 10 Livelli del modello OSI 19 Livelli OSI: fisico 20 Lo strato fisico si occupa della trasmissione dei bit sul mezzo trasmissivo La sua funzione è di fare in modo che un bit 0 sia ricevuto dal livello fisico del nodo remoto come bit 0, e non come 1 Problemi tipici di questo livello sono: la codifica (i valori delle tensioni, la durata dei bit) modulazione e multiplexing proprietà meccaniche dei connettori specifiche elettriche dei circuiti dell interfaccia caratteristiche del mezzo trasmissivo direzionalità della trasmissione

11 11 Livelli OSI: data link 21 Lo strato di data link si occupa di trasformare una trasmissione di bit grezzi tra nodi adiacenti in una linea di trasmissione priva di errori (!) Esegue funzioni quali divisione dei dati in frame controllo degli errori conferma della ricezione (acknowledge) controllo del flusso controllo di accesso al mezzo trasmissivo in caso di canali condivisi (substrato MAC: Medium Access Control) Livelli OSI: network 22 Lo strato di network si occupa del recapito dei dati tra nodi non necessariamente adiacenti (quindi del funzionamento della sottorete di comunicazione) Funzioni caratteristiche sono: suddivisione dei dati in pacchetti indirizzamento dei nodi della rete recapito a destinazione (su quale canale uscente inoltrare i dati provenienti da un canale), solitamente basandosi su tabelle modalità di definizione ed aggiornamento delle tabelle controllo della congestione, dei ritardi, dei tempi di transito

12 12 Livelli OSI: transport 23 Lo strato di trasporto deve prelevare dati dallo strato superiore, eventualmente suddividerli in unità piu piccole, ed inviarli (tramite lo strato di rete) al nodo remoto occupandosi di controllare che le unità arrivino al processo paritario del nodo remoto nell ordine di trasmissione è il primo protocollo end-to-end Deve occuparsi del tipo di servizio offerto allo strato superiore (affidabile, non affidabile) OSI specifica solo un servizio connection oriented Affronta diverse problematiche simili a quelle del livello di data link su connessioni punto-punto ma in un contesto molto piu complesso Livelli OSI: session 24 Lo strato di sessione si occupa del controllo del dialogo controllo su quale delle due parti abbia diritto di trasmettere supervisione di una comunicazione temporalmente estesa con eventuale ripristino della sessione in caso di fallimento temporaneo del livello sottostante

13 13 Livelli OSI: presentation 25 Il livello di presentazione si occupa essenzialmente di rendere trasparente eventuali rappresentazioni differenti dei dati codifiche differenti dei dati (ASCII/EBCDIC, ) ASCII: American Standard Code for Information Interchange (7 bit encoding, esteso in seguito ad 8 bit) EBCDIC: Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (8 bit encoding) compressione crittografia Livelli OSI: application 26 Il livello di applicazione si occupa di definire le specifiche che le applicazioni utente possono utilizzare per accedere alla rete L ISO ha fornito specifiche su sole tre applicazioni: FTAM (file transfer) X.400 (posta elettronica) X.500 (servizio di directory)

14 Schema del modello OSI 27 Service Access Point 28 Uno strato può fornire servizio a piu entità dello strato superiore Per essere identificabili queste entità devono avere un indirizzo L indirizzo generico di accesso ad uno strato si chiama Service Access Point (SAP) L indirizzo di accesso allo strato di Network è detto NSAP, allo strato di trasporto TSAP Lo strato N del computer ricevente deve sapere a quale entità dello strato N+1 deve recapitare le informazioni, quindi ricevere dal pari l informazione dell NSAP utilizzato dallo strato N+1 destinatario 14