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Bianca Petretti - LE RETI - 2003 1

Le reti

Classificazione delle reti

Struttura del software di rete

Livelli di modelli OSI e TCP/IP


Introduzione al concetto di rete

Con il termine rete si indica in modo

generico un collegamento fra due

apparecchiature (apparecchiatura

sorgente ed apparecchiatura

destinataria) attraverso un mezzo

trasmissivo per effettuare una

qualsiasi trasmissione di informazioni.


Inizialmente le reti erano essenzialmente costituite da

terminali collegati a un mainframe centrale (Architettura

centralizzata o master-slave).

La realizzazione di questo tipo di reti era legata a

soluzioni proprietarie.

Attualmente, con il termine rete di calcolatori si indica un

insieme di computer capaci di lavorare autonomamente,

ma collegati fra loro in modo da poter scambiare

informazioni (Architettura distribuita).

Architetture centralizzate e

architetture distribuite


• Condividere risorse

(ad es. i dati di un file o una stampante)

• Comunicare fra terminali lontani

(es. posta elettronica)

• Utilizzare servizi telematici

( la Telematica si occupa dell’elaborazione a

distanza delle informazioni)

Risorse offerte dalla rete


Alcune tipiche applicazioni di rete

Consultazione di informazioni come la

consultazione di pagine web o di data base remoti

Teletext (televideo) in cui le comunicazioni avvengono

via radio

Teleconferenza (collegamento audio e anche video)

Commercio elettronico (ha fatto nascere problemi i

sicurezza in rete)

Telemedicina (diagnosi e terapie a distanza)


Sistemi Client/Server

I Server mettono a disposizione servizi e risorse

ai Client che chiedono ogni volta il permesso di

potervi accedere.

Uno stesso computer può anche fungere da

server e da client al tempo stesso

(sistemi Peer to Peer)


Classificazione delle reti

Le reti si possono classificare secondo la

tecnologia di trasmissione e la dimensione.

In base alla tecnologia di trasmissione abbiamo:

reti di tipo broadcast

reti di tipo point to point


Classificazione delle reti :

reti con tecnologia broadcast

Vi è un unico canale di comunicazione

condiviso da tutte le stazioni.

Ogni messaggio che viene inviato lungo il

canale di trasmissione viene intercettato da

tutte le postazioni ma viene elaborato solo dal

terminale a cui è diretto (reti a bus)


Classificazione delle reti :

reti con tecnologia point to point

Collegamenti individuali fra coppie di

terminali.

Il messaggio per giungere al destinatario

può attraversare nodi intermedi (come nella

topologia a connessione parziale e nella

topologia ad anello).


Messaggi point to point,broadcast

e multicast

Indipendentemente dalla tecnologia di trasmissione

l’invio del messaggio può essere rivolto:

a una stazione ben precisa (point to point)

a tutte le stazioni (broadcast)

Ad un gruppo di stazioni (multicast)


In base alla dimensione le reti si classificano in:

LAN (local area network)

MAN (metropolitan area network)

WAN (wide area network)

In generale reti piccole usano la tecnologia broadcast, mentre

le reti geografiche ricorrono alla tecnologia point to point.

Classificazione delle reti in

base alle dimensioni


Le reti locali LAN

Reti private all’interno di un singolo edificio o edifici vicini

Non possono attraversare suolo pubblico

Usano la tecnologia bradcast , alcune anche quella point to point.

Velocità fra i 10 Mbps e 100Mbps

Basso ritardo e basso tasso d’errore

Topologia di rete a bus ad anello o a stella


Reti metropolitane e geografiche

Le reti metropolitane possono coprire un gruppo di

edifici o una città e possono essere private o

pubbliche.

Le reti geografiche coprono una grande area

geografica, una nazione, un continente o l’intero

pianeta. Gli utenti (host) sono collegati da una

sottorete di comunicazione costituita da linee di

trasmissione ed elementi di commutazione (router).

Quando un computer vuole comunicare con un altro

occorre individuare un percorso per raggiungere il

destinatario (routing)


Internetworking

E’ possibile la comunicazione

tra reti di tipo diverso.

Reti locali e metropolitane

possono collegarsi a reti più

ampie mediante un router.

Il collegamento fra due o più reti è appunto noto

con il termine internet. La forma che assume la sottorete di

comunicazione tra le vaie stazioni viene detta topologia di rete.

La topologia delle reti geografiche è tipicamente a maglia, poiché

non è possibile rispettare una disposizione particolare a causa della

varietà delle caratteristiche delle zone geografiche.

Individuare il particolare tipo di topolgia di una rete è importante per

aspetti come l’instradamento dei messaggi e la tolleranza dei guasti.


Internetworking (2)

E’ possibile connettere fra di loro reti progettualmente diverse e perciò spesso incompatibili fra loro.

In questo caso si deve ricorrere ai gateway (o router multiprotocollo), che instradano i pacchetti da una rete all'altra ed effettuano le operazioni necessarie per rendere possibili tali

trasferimenti.

Wan 1 Wan 2

Gataway


Un po’ di terminologia…

sottorete (subnet), che

nel contesto di una WAN è

l'insieme dei router e delle

linee di trasmissione;

rete (network), che altro

non è che una subnet più tutti

gli host collegati;

internetwork, che è una

collezione di più network,

anche non omogenee,

collegate per mezzo di

gateway.

Figura : relazioni fra subnet, network e internetwork


Il software di rete (1)

E’ necessario un software di rete per gestire la comunicazione

fra le varie stazioni. Tale software è molto complesso ed

organizzato come una serie di livelli, ognuno costruito su quello

inferiore. Il nome, il numero dei livelli e la loro funzione specifica

può variare da una rete all’altra.

Lo scopo di ogni livello è quello di offrire dei servizi al livello

superiore nascondendo i dettagli su come tali servizi vengono

realizzati. Ogni livello può fornire diversi tipi di servizi.



Il livello superiore può richiedere un’azione usando delle opportune

primitive, e il livello inferiore la esegue.

Fra ogni coppia di livelli adiacenti vi è un’interfaccia che definisce:

le operazioni primitive che possono essere richieste al livello sottostante;

i servizi che possono essere offerti dal livello sottostante.

SAP (Service Access Point) punto dal quale ciascun livello

può accedere ai servizi offertigli dal livello ad esso inferiore.

Il servizio definisce quali operazioni può eseguire ma non dice nulla

su come tali operazioni vengono implementate.

Ogni livello può comunicare con i livelli corrispondenti di altre stazioni

(livelli paritetici)



I servizi sono disponibili ai SAP ( Service Access Point ).

I SAP del livello n, detti anche n - SAP, sono i punti di accesso nei quali il

livello (n+1) può accedere ai servizi del livello n. Ogni n - SAP ha un indirizzo

che lo identifica univocamente.

Analogia col telefono:

SAP: presa a muro del telefono;

SAP address: numero telefonico che identifica quella presa.

Figura: Livelli adiacenti e service access point


Il software di rete (4) Differenza fra protocolli e servizi

I protocolli sono le regole e le convenzioni usate per le

conversazioni paritetiche. Descrivono come vengono eseguiti i

servizi e definiscono le regole che governano il formato e il

significato dei blocchi di informazioni scambiate durante le

conversazioni paritetiche. E’ possibile modificare i protocolli

senza per questo cambiare i servizi disponibili.

I servizi sono tutte le utilità che un livello può

fornire al livello superiore, senza però rendere ad

esso visibile l’implementazione di ciascuna di queste

operazioni.



Elementi che in ogni livello offrono

effettivamente i servizi al livello

superiore e comunicano con il livello

corrispondente delle altre stazioni

Entità che si trovano in livelli corrispondenti

vengono dette entità paritetiche (peer entity).

Ogni livello richiede un meccanismo di

indirizzamento per identificare le entità del

trasmittente e del ricevente.

Entità:


Il software di rete (6) Stratificazione (layering)

La stratificazione di un sistema riduce la complessità

mediante livelli di astrazione.

Ogni livello è composto da più entità (applicazioni, processi,

calcolatori, …)

L’obiettivo di un livello è di fornire servizi alle entità del livello

superiore, nascondendo il modo in cui i servizi sono realizzati

Livelli adiacenti comunicano tramite la loro interfaccia.


Architettura di rete (1)

L’architettura di rete è un insieme di livelli e dei relativi

protocolli paritetici che non descrive tuttavia le implementazioni

dei servizi offerti da ciascun livello.

Per ciascun livello un’entità può essere implementata in modo

diverso purché rispetti le regole di comunicazione definite dal

protocollo.

Si possono usare stazioni che usano interfacce diverse fra i livelli

purché i livelli rimangano gli stessi da un nodo all’altro e vengano

usati correttamente i protocolli.

E' quindi possibile che sui vari host della rete ci siano implementazioni

che differiscono fra di loro anche in termini di interfacce fra livelli,

purché ogni host implementi correttamente i protocolli previsti

dall'architettura. In questo caso possono dialogare fra loro anche

host aventi caratteristiche (processore, sistema operativo, costruttore)

diverse.


Architettura di rete (2)

Dunque, nell'ambito di una specifica architettura di

rete, si ha che:

tutti gli host devono contenere implementazioni conformi in termini di livelli e di protocolli;

gli host possono contenere implementazioni che differiscono in termini di dettagli implementativi e di interfacce fra livelli;


Architettura di rete (3) Gerarchia dei protocolli di rete

Il livello N su un calcolatore permette una comunicazione con

il livello N di un altro calcolatore.

Le entità di livello N (eccetto il livello 1) per comunicare usano

servizi di livello N -1.

Protocollo: accordo tra partecipanti su come si deve

svolgere una comunicazione.

Protocollo di rete: insieme regole che specificano il

formato (sintassi) e il significato (semantica) dei

messaggi scambiati tra entità pari di una rete.


Architettura di rete (4) Pila di protocolli (Stack di protocolli)

Stack di protocolli : insieme dei protocolli usati da una stazione

relativi ad una architettura di rete.

Un protocollo può dipendere dai servizi realizzati da altri protocolli (di

livello inferiore)

Principio di stratificazione:

Un protocollo di livello N destinatario (o meglio, l’entità software che

lo implementa) deve ricevere esattamente lo stesso messaggio

spedito dal protocollo di livello N mittente.


Dialogo fra livelli paritetici e flusso delle

informazioni (1)

H5 Dati

H4

H3

H2

H5 Dati

H2

H3

H4


Dialogo fra livelli paritetici e flusso delle

informazioni (2)

In realtà non c'è un trasferimento diretto dal livello

n di host 1 al livello n di host 2. Ogni livello di host

1 passa i dati, assieme a delle informazioni di

controllo, al livello sottostante.

Al di sotto del livello 1 c'è il mezzo fisico, attraverso

il quale i dati vengono trasferiti da host 1 ad host 2.

Quando arrivano a host 2, i dati vengono passati

da ogni livello (a partire dal livello 1) a quello

superiore, fino a raggiungere il livello n.


Messaggi in una pila di protocolli (1)

Ogni livello aggiunge al messaggio un’intestazione (header) con

informazioni di controllo e a volte un trailer a fine messaggio.

Un livello potrebbe dover frammentare il messaggio in unità più

piccole, aggiungendo un’intestazione ad ogni frammento.

Sebbene i dati vengano trasmessi verticalmente, ogni livello è

programmati come se la comunicazione avvenisse in modo

orizzontale. Ogni livello esegue alcuni compiti in trasmissione

ed altri, complementari, in ricezione


Messaggi in una pila di protocolli (2) Struttura del dato trasmesso

Quando il messaggio arriva alla stazione destinataria il

messaggio risale lungo i livelli.

Ogni livello toglie le informazioni che sono state aggiunte dal

suo livello paritetico, le utilizza per la propria elaborazione e

passa il resto del messaggio al livello superiore.


Messaggi in una pila di protocolli (3)


Flusso dell'informazione fra peer entity Vediamo cosa accade:

il programma applicativo (livello 5) deve mandare un messaggio M alla sua peer entity;

il livello 5 consegna M al livello 4 per la trasmissione;

il livello 4 aggiunge un suo header in testa al messaggio (talvolta si dice che il messaggio è inserito nella busta di livello 4); questo header contiene informazioni di controllo, tra le quali:

• numero di sequenza del messaggio;

• dimensione del messaggio;

• time stamp;

• priorità;

il livello 4 consegna il risultato al livello 3;

il livello 3 può trovarsi nella necessità di frammentare i dati da trasmettere in unità più piccole, (pacchetti) a ciascuna delle quali aggiunge il suo header;

il livello 3 passa i pacchetti al livello 2;

il livello 2 aggiunge ad ogni pacchetto il proprio header (e magari un trailer) e lo spedisce sul canale fisico;

nella macchina di destinazione i pacchetti fanno il percorso inverso, con ogni livello che elimina (elaborandoli) l'header ed il trailer di propria competenza, e passa il resto al livello superiore.


Un po’ di terminologia…

PDU (Protocol Data Unit) messaggio passato da un livello al sottostante

SDU (Service Data Unit) il messaggio PDU nel livello al sottostante

PCI (Protocol Control Information) insieme delle informazioni aggiunte all’SDU come intestazione

Il messaggio formato da PCI e SDU costituisce la PDU da passare al livello

successivo.

Nel modello OSI al posto di PDU si usano i termini:

Segmento (o anche TPDU, Transport PDU) - nel livello di trasporto

Pacchetto (Packet) - nel livello di rete

Trama (Frame) - nel livello di data link


L'informazione passata dal livello n

al livello (n-1), attraverso il (n-1)-SAP,

si dice PDU (Protocol Data

Unit) di livello n, o anche n-PDU.

Essa, entrando nel livello (n-1),

diventa una SDU (Service Data Unit)

di livello (n-1), o anche (n-1)-SDU.

Entro il livello (n-1) viene aggiunta alla (n-1)-SDU una PC (Protocol

Control Information) di livello (n-1).

Il tutto diventa una (n-1)-PDU, che verrà passata al livello (n-2)

attraverso un (n-2)-SAP.


Servizi connection-oriented,

connectionless, reliable e non reliable

Ci sono due principali classi di servizi

offerti da un livello a quello superiore:

servizi connection-oriented

servizi connectionless

Inoltre un servizio può essere:

affidabile (reliable)

non affidbile (non rielable)


Connection-oriented services

I servizi connection-oriented sono modellati secondo il sistema

Telefonico.

Un servizio connection-oriented si sviluppa in 3 fasi: si stabilisce una connessione. Questa operazione coinvolge un certo

numero di elaboratori nel cammino fra sorgente e destinazione;

la connessione, una volta stabilita, agisce come un tubo digitale lungo il quale scorrono tutti i dati trasmessi, che arrivano nello steso ordine in cui sono partiti;

si rilascia la connessione (attività che coinvolge di nuovo tutti gli elaboratori sul cammino).


Connectionless services

(datagram services)

I servizi connectionless

sono modellati secondo il

sistema Postale.

In un servizio Datagram, i pacchetti (PDU) viaggiano

indipendentemente gli uni dagli altri, possono prendere strade

diverse ed arrivare in ordine diverso da quello di partenza o non

arrivare affatto.

La fase è una sola: invio del pacchetto (corrisponde all'immissione della

lettera nella buca).


Reliable e non reliable services

Un servizio affidabile (reliable o anche confermato) non perde mai dati, cioé assicura che tutti i dati spediti verranno consegnati al destinatario. Ciò generalmente richiede che il ricevente invii un acknowledgement (conferma) alla sorgente per ogni pacchetto ricevuto. Si introduce ovviamente un overhead, che in certe situazioni può non essere desiderabile.

Viceversa, un servizio non affidabile (non reliable o anche non confermato) non offre la certezza che i dati spediti arrivino effettivamente a destinazione.


Quindi il servizio offerto da un livello a quello

superiore può essere di quattro tipi diversi:

reliable connection oriented, necessario ad esempio per il trasferimento di file (i dati devono arrivare tutti ed in ordine);

non reliable connection oriented: nelle trasmissioni isocrone (quali voce e video) le relazioni temporali fra i bit del flusso devono essere mantenute. E' meglio un servizio inaffidabile, piuttosto che interruzioni momentanee, ma avvertibili, del flusso di dati;

non reliable connectionless (detto anche datagram service, da telegram): distribuzione di posta elettronica pubblicitaria, non importa se qualche messaggio si perde;

reliable connectionless (detto anche acknowledged datagram service): si invia un breve messaggio e si vuole essere assolutamente sicuri della sua avvenuta ricezione;


Primitive di definizione del servizio

(1) Un servizio di livello n è formalmente specificato da un insieme di primitive (cioè

operazioni) che un'entità di livello (n+1) può adoperare per accedere al servizio.

Esse possono indicare al servizio:

l'azione da compiere (l'informazione viagga da livello n al livello (n-1));

cosa riportare in merito ad una azione effettuata dalla peer entity di livello

n (l'informazione viaggia dal livello (n-1) al livello n);

Le primitive possono avere dei parametri per specificare ulteriormente

le operazioni. Le primitive hanno vari parametri (mittente, destinatario, tipo del

servizio richiesto, ecc.), che possono essere usati dalle peer entity per negoziare

le caratteristiche della connessione. I dettagli della negoziazione fanno parte del

protocollo. Ad esempio, un servizio può essere richiesto in modalità confermata

oppure non confermato.



(2)

Un esempio di primitive può essere il seguente:



(3) Per stabilire una connessione fra le peer entity A a B si

usa il servizio Connect( ) che è sempre affidabile per

accertarsi che la connessione è avvenuta:

Un servizio non

reliable usa

solo queste

due primitive



(4) Vediamo ora un esempio di servizio connection oriented con

8 primitive: connect.request() ;

connect.indication();

connect.response() ;

connect.confirm() ;

data.request() : si cerca di inviare dati;

data.indication() : sono arrivati dei dati;

disconnect.request() : si vuole terminare la conness ;

disconnect.indication() : l'altra entità vuole terminare.


Esempio di attivazione, uso e rilascio di

una connessione

La sequenza di primitive che entrano in gioco successivamente nel corso

della gestione di una connessione è la seguente:


La suddivisione in livelli permette di creare facilmente

applicazioni di rete senza doversi preoccupare di problemi

generali, come la ricerca di un percorso verso il destinatario o il

controllo degli errori.

Per creare un’applicazione basta utilizzare le primitive messe a

disposizione dal livello di trasporto della pila di protocolli per la

gestione della comunicazione. In questo modo sono i livelli

sottostanti che si occupano di tutte le problematiche della

comunicazione in rete e il programmatore si può concentrare

sulle funzioni che l’applicazione deve svolgere effettivamente.

L’utilità di un software di rete

stratificato…


Aspetti di progetto dei livelli (1) In merito a diverse problematiche vanno prese, nei vari livelli, alcune

decisioni di progetto. Le principali problematiche sono:

Meccanismi di identificazione di mittente e destinatario (cioé indirizzamento), in ogni livello.

Regole per il trasferimento dati (livelli bassi): • in una sola direzione (simplex connection);

• in due direzioni ma non contemporaneamente (half-duplex connection).

• in due direzioni contemporaneamente (full-duplex connection);

Meccanismi per il controllo degli errori di trasmissione;

è possibile: • rilevarli oppure no;

• correggerli oppure no;

• avvertire il mittente oppure no.


Aspetti di progetto dei livelli (2)

Altri aspetti fondamentali di cui tener conto nella progettazione sono:

Meccanismi per il mantenimento (o la ricostruzione) dell'ordine originario dei dati.

Meccanismi per regolare le velocità di sorgente e destinazione.

Decisioni sulla dimensione (minima o massima) dei messaggi da inviare, e su come eventualmente frammentarli.

Meccanismi di multiplexing di varie "conversazioni" su di un'unica connessione (se stabilire la connessione è costoso).

Meccanismi di routing dei messaggi se esistono più strade alternative, ed eventualmente di suddivisione di una "conversazione" su più connessioni contemporaneamente (per aumentare la velocità di trasferimento dei dati).


La realtà nel mondo delle reti:

OSI e TCP/IP Iniziamo ad esaminare due realtà importanti nel mondo delle reti:

OSI Reference Model (E’ solo un modello di riferimento e non un’architettura. Alcuni protocolli sono stati definiti successivamente, in standard separati);

Internet Protocol Suite (detta anche architettura TCP/IP o, piuttosto impropriamente, TCP/IP reference model).

Un modello di riferimento è cosa diversa da un'architettura di rete:


Il modello di riferimento OSI

L'OSI (Open Systems Interconnection) Reference Model è un

modelo di riferimento di software di rete a livelli definito dalla ISO

(International Standard Organization), ed ha lo scopo di:

fornire uno standard per la connessione di sistemi aperti

fornire una base comune per lo sviluppo di standard per

l'interconnessione di sistemi

fornire un modello rispetto a cui confrontare le varie

architetture di rete

RETE APERTA rete a cui ci si può collegare da qualsiasi punto

geografico e con qualsiasi sistema tramite un mezzo di

comunicazione e opportuni protocolli.


Principi di progetto seguiti durante

lo sviluppo del modello OSI

Il modello OSI definisce sette livelli:

ogni livello deve avere un diverso grado di astrazione;

ogni livello deve avere una funzione ben definita;

la scelta dei livelli deve minimizzare il passaggio delle informazioni fra livelli;

occorre evitare troppe funzioni all’interno di un unico livello ed un numero troppo elevato di livelli.


I 7 livelli del modello OSI

Possiamo considerare i primi tre livelli come standard

per la comunicazione, in quanto si occupano della

gestione della sottorete di comunicazione,

dipendono dal gestore della rete e le applicazioni non

possono avere alcuna influenza su di essi.

I quattro livelli superiori invece si occupano

dell’elaborazione, in quanto permettono di creare

applicazioni indipendenti dalla rete di comunicazione.


Schematizzazione dei 7 livelli del modello OSI


Rappresentazione schematica dei

livelli gestiti lungo un cammino

Spesso, per visualizzare le competenze (in termini di livelli

gestiti) dei vari elaboratori sul cammino, si usano diagrammi

del tipo:


Il livello fisico del modello OSI

Si occupa della trasmissione dei bit dei dati lungo il mezzo fisico di

trasmissione. Gli aspetti di progetto sono:

volti a garantire che se parte un 1, arrivi effettivamente un 1 e non uno 0;

riguardanti le caratteristiche meccaniche, elettriche e procedurali delle interfacce di rete (componenti che connettono l'elaboratore al mezzo fisico) e le caratteristiche del mezzo fisico.

E’ a questo livello che si caratterizzano:

Valori della tensione per rappresentare 0 ed 1;

durata (in microsecondi) di un bit;

scelta della trasmissione simultanea in due direzioni oppure no;

forma dei connettori.


Il livello Data link del modello OSI

Lo scopo di questo livello è far si che un mezzo fisico

trasmissivo appaia, ai livelli superiori, come una linea

di trasmissione esente da errori di trasmissione

Funzionamento: i dati provenienti dal livello superiore vengono

spezzettati in frame (da qualche centinaia a qualche migliaia di byte);

i frame vengono inviati in sequenza;

si aspetta un acknowledgement frame (ack) per ogni frame inviato.


Il livello Network del modello OSI

Lo scopo del livello di rete è controllare il funzionamento della subnet di comunicazione

(linne e router). Inizialmente esso offriva solamente servizi orientati alla connessione,

successivamente fu aggiunta la modalità connectionless.

Sono di competenza di tale livello:

Il routing (scelta del percorso nella sottorete), che può essere statico (fissato ogni tanto e raramente variabile) o dinamico (continuamente aggiornato, anche da un pacchetto all'altro);

La gestione della congestione: che si verifica quando troppi pacchetti arrivano ad un router (es.: da molte linee in ingresso ad un unica linea di uscita);

L’accounting: gli operatori della rete possono far pagare l'uso agli utenti sulla base del traffico generato;

La conversione di dati nel passaggio fra una rete ed un'altra (diversa). Ciò implica di dover:

• rimappare gli indirizzi;

• frammentare i pacchetti;

• gestire protocolli diversi.


Il livello Transport del modello OSI

(1) Il livello di trasporto si occupa della comunicazione fra due

stazioni attraverso la sottorete di comunicazione, facendo in

modo che i dati inviati dal mittente arrivino a destinazione come

se attraversassero una linea diretta tra le due stazioni, senza

errori. Tale livello offre solo servizi orientati alla connessione.

Una volta che i dati vengono accettati dal livello superiore, essi

vengono spezzettati in pacchetti, passati al livello network

assicurandosi che arrivino alla peer entity che si trova all'altra

estremità della connessione.

Tutto ciò è compiuto in maniera efficiente, isolando i livelli

superiori dai cambiamenti della tecnologia di rete sottostante.


Il livello Transport del modello OSI

(2) Il livello transport è il primo livello realmente end-to

end, cioè da host sorgente a host destinatario: le peer

entity di questo livello portano avanti una conversazione

senza intermediari.

Si noterà che certe problematiche sono, in ambito end

to-end, le stesse che il livello data link ha nell'ambito di

una singola linea di comunicazione; le soluzioni però

sono alquanto diverse per la presenza della subnet di

comunicazione.


Incombenze del livello di trasporto

Creazione di connessioni di livello network (attraverso i servizi del

livello network) per ogni connessione di livello transport richiesta. Sono

possibili:

una connessione network per ciascuna connessione transport;

molte connessioni network per una singola connessione transport (per

ottenere un alto throughput)

una singola connessione network viene usata per molte connessioni transport,

con meccanismi di multiplexing(se è alto il costo di una connessione network)

Offerta di vari servizi al livello superiore:

canale punto a punto affidabile, che consegna i dati in ordine e senza errori (il

servizio più diffuso, connection oriented);

invio di messaggi isolati, con o senza garanzia di consegna (connectionless);

broadcasting di messaggi a molti destinatari (connectionless).


Il livello Session del modello OSI

Tale livello dovrebbe aggiungere dei servizi

avanzati a quelli del transport layer.

Ad es: token management: autorizza le due parti, a turno, alla trasmissione. Come vedremo nel seguito, in realtà questo livello non ha avuto

un grande successo


Il livello Presentation del modello

OSI

Tale livello fa riferimento alla sintassi e alla semantica delle

informazioni trasmesse, diversamente dai livelli sottostanti

che gestiscono solo una sequenza di bit.

Ad esempio, si occupa di convertire tipi di dati standard (caratteri,

interi) da rappresentazioni specifiche della piattaforma HW di partenza

in una rappresentazione "on the wire" e poi in quella specifica dell' HW

di arrivo.


Il livello Application del modello

OSI

Tale livello prevede che qui risieda tutta la varietà di

protocolli necessari per offrire i vari servizi agli utenti,

quali ad esempio:

terminale virtuale

transferimento dei file

posta elettronica

Attraverso l'uso di questi protocolli si possono scrivere

applicazioni che offrono i suddetti servizi agli utenti

finali.


IL TCP/IP

Il TCP/IP è un’architettura di rete ideata con

l’obiettivo di collegare reti di diversa natura

(internetworking) e di essere affidabile anche in

caso di guasti a parti della rete.

Il suo nome trae origine dai suoi due protocolli

principali. Essa non è un modello nel senso

stretto del termine, in quanto include i protocolli

effettivi, che sono specificati per mezzo di

documenti detti RFC (Request For Comments).


Un po’ di storia del TCP/IP…

1957 - Presso il Dipartimento della Difesa degli USA, nasce l’A.R.P.A.

(Advanced Research Project Agency) per studiare applicazioni di scienza

e tecnologia all’uso militare.

1962 - Parte il progetto di una rete a commutazione di pacchetto in grado di

resistere agli attacchi bellici.

1968 - Nasce la rete ARPAnet che collega quattro università statunitensi.

1972 - ARPAnet collega 32 nodiusando linne telefoniche, reti satellitari e onde

radio; nasce la prima posta elettronica per uso universitario

1973 - Comincia lo sviluppo del TCP/IP.

1982 - Si inizia a parlare di internet come insieme di reti TCP/IP collegate fra loro

1983 - ARPANET viene divisa in parte pubblica e parte militare.

1989 - Nasce il servizio WEB presso il CERN ( Centro Europeo Ricerca fisica

Nucleare).


Relazione fra i livelli OSI e TCP/IP

I livelli TCP/IP hanno questa relazione con quelli OSI:


I livelli del TCP/IP

I livelli fondamentali del TCP/IP sono quello di

rete e quello di trasporto, mentre il livello di

applicazione contiene tutti i protocolli ad alto

livello (come HTTP, SMTP, FTP ecc…)

Non vengono definiti livelli inferiori a quello di rete.

Viene indicato un livello generico host-to-network

che prevede di utilizzare qualsiasi protocollo

sottostante per trasportare pacchetti IP lungo il mezzo

di trasmissione.


Livello host-to-network del TCP/IP

Il livello più basso non è specificato

nell'architettura, che prevede di utilizzare quelli

disponibili per le varie piattaforme HW e

conformi agli standard.

Tutto ciò che si assume è la capacità dell'host

di inviare pacchetti IP sulla rete, appoggiandosi

a qualsiasi tecnologia esistente.


Livello Internet del TCP/IP

E’ il corrispondente del livello di rete del modello OSI. E' il livello

che tiene insieme l'intera architettura, e il suo ruolo è

permettere ad un host di iniettare pacchetti in una qualunque rete

e fare il possibile per farli viaggiare tramite commutazione di

pacchetto fino alla destinazione, che può essere situata anche su

un’altra rete.

Offre un servizio connectionless e non confermato.

E' un servizio best-effort datagram. E' definito un formato

ufficiale dei pacchetti ed un protocollo chiamato IP (Internet

Protocol).

Come il livello di rete del modello OSI, si occupa del routing e del

controllo della congestione.


Livello Transport del TCP/IP

E' progettato per consentire la conversazione delle peer

entity sugli host sorgente e destinazione (end-to-end).

Sono definiti due protocolli in questo livello:

TCP (Transmission Control Protocol): protocollo connesso ed

affidabile (ossia tutti i pacchetti arrivano, e nell'ordine giusto).

Frammenta il flusso in arrivo dal livello superiore in messaggi

separati che vengono passati al livello Internet. In arrivo, i pacchetti

vengono riassemblati in un flusso di output per il livello superiore.

UDP (User Datagram Protocol): protocollo non connesso e non

affidabile, i pacchetti possono arrivare in ordine diverso o non

arrivare affatto.


Livello Application del TCP/IP

(1) Nell'architettura TCP/IP non ci sono i livelli Session e Presentation

(non furono ritenuti necessari; l'esperienza col modello OSI ha

mostrato che questa visione è condivisibile).

Sopra il livello Transport c'è direttamente il livello Application, che

contiene tutti i protocolli di alto livello vengono usati dalle

applicazioni reali. I primi protocolli furono:

Telnet: terminale virtuale;

FTP (File Transfer Protocol): file transfer;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) e POP (Post Office

Protocol): posta elettronica


Livello Application del TCP/IP

(2)

Successivamente se ne sono aggiunti altri, fra cui:

DNS (Domain Name Service): mapping fra nomi di host e

indirizzi IP numerici.

NNTP (Network News Transfer Protocol): trasferimento di

articoli per i newsgroup.

HTTP (HyperText Transfer Protocol): alla base del Word

Wide Web.


I diversi protocolli del TCP/IP

Relazione fra i livelli e i protocolli dell'architettura TCP/IP:

HTTP, SMTP, POP3, FTP, NNTP, SNTP, DNS, VoIP

TCP, UDP

IP, ARP, RARP, BOOTP, ICMP, IGMP, OSPF, BGP

Vari standard per LAN, MAN, WAN

Application

Transport

Network


TCP/IP e modello OSI a confronto

Somiglianze:

sono basati entrambi sul concetto

di pila di protocolli indipendenti;

hanno funzionalità simili per i vari

livelli;



(2)

Il TCP/IP è uno standard de facto, è diventato

uno standard grazie al suo utilizzo. Ciò

significa che il TCP/IP nasce coi protocolli,

mentre il modello di riferimento viene a

posteriori

Il modello OSI è uno standard de jure, cioè

uno standard formale legale adottato dalla ISO,

i protocolli verranno definiti solo in un secondo

momento.



(3)

Poiché il modello OSI nacque prima dei relativi protocolli,

successe che:

il modello era, ed è tuttora, molto generale (punto a

favore);

vi era insufficiente esperienza nella

progettazione dei livelli (punto a sfavore). Ad

esempio:

• il livello data-link (pensato all'origine per linee punto-punto) ha

dovuto sdoppiarsi per gestire reti broadcast;

• mancava del tutto l'idea di internetworking: si pensava ad una

rete separata, gestita dallo stato, per ogni nazione



(4)

I protocolli dell'architettura TCP/IP sono invece il

punto di partenza del progetto, per cui:

l'architettura è molto efficiente (punto a

favore);

il reference model non è generale, in quanto

descrive solo questa particolare architettura

(punto a sfavore);

è difficile rimpiazzare i protocolli se

necessario (punto a sfavore).


Limiti dei protocolli associati al

modello OSI la definizione dei protocolli è arrivata tardi, quando quelli TCP/IP si erano

già diffusi.

infelici scelte tecnologiche: i sette livelli (e i relativi protocolli) sono stati

dettati in realtà dalla architettura SNA dell' IBM, più che da considerazioni di

progetto. Per cui il progetto soffre di vari difetti:

grande complessità e conseguente difficoltà di implementazione;

inutili i livelli session e presentation;

non ottimali attribuzioni di funzioni ai vari livelli:

• alcune funzioni appaiono in molti livelli (es. controllo errore e flusso in tutti i livelli);

• altre funzioni mancano del tutto (ad es. sicurezza e gestione rete);

le prime implementazioni erano lente ed inefficienti, mentre i protocolli

dell'architettura TCP/IP invece sono stati implementati efficientemente fin

dall'inizio, per cui si sono affermati sempre più, e quindi hanno goduto di un

crescente supporto che li ha resi ancora migliori.


Limiti dell’architettura TCP/IP

l'architettura TCP/IP non ha utilità come modello (non serve ad altro che a descrivere se stessa);

manca una distinzione fra protocolli, servizi e interfacce, il che rende più difficile l'evoluzione dell'architettura;

alcune scelte di progetto cominciano a pesare (ad es., indirizzi IP a soli 16 bit).

In conclusione:

L’OSI è ottimo come modello, mentre i suoi protocolli hanno avuto poco successo;

Il TCP/IP è ottimo (per ora) come architettura di rete, ma inutile come modello di riferimento.


Esempi di architetture di rete:

IPSX/SPX IPX/SPX(Internet Packet Exchange/ Sequenced Packet Exchange)

è uno stack di protocolli proprietario diffuso negli anni ’80 perché usato

dalle reti con sistema operativo Novell Netware. E' l'architettura di rete più

diffusa nel mondo PC. E' precedente all’ OSI, e assomiglia molto al TCP/IP.

IPX come Ip è un protocollo di rete che ofre un servizio non connesso e non

affidabile.

SPX come TCP è un protocollo di trasporto che offre un servizio connesso e

affidabile.

Lo stack di protocolli IPX/SPX comprende quattro livelli funzionali:

Accesso al messo (corrisponde al livello 1 OSI)

Data link (corrisponde al livello 2 OSI)

Internet (livelli 3 e 4 OSI)

Applicazione (livelli 5 , 6 e 7 OSI)



IPSX/SPX (2) La pratica di avere un livello network best-effort e connectionless, e

sopra esso un livello transport reliable e connected, è molto diffusa.

Sono così anche: Appletalk e il TCP/IP.



IPSX/SPX (3) NCP protocollo principale di applicazione(netware Core Protocol)

che può usare SPX ma anche IPX; usato per la stampa, la

condivisione di file e la posta elettronica.

Altri protocolli a livello applicazione sono RIP e NLSP (protocolli

di routing) e il protocollo SAP che trasmette in broadcast

informazioni sui server disponibili, subito dopo che siano diventati

attivi.

Gli indirizzi IPX sono

lunghi 10 byte Protocolli

vari

NLS

P

RIP

SA

P

NC

P

Interfaccia collegamento dati

1

2

3

4

5

7

6

IPX

Accesso al mezzo

IPX SPX



Arpanet E’ l’antenata del TCP/IP. Nacque a metà degli anni '60 (ai

tempi della guerra fredda); il D.o.D. volle una rete

robustissima anche in caso di catastrofi, in grado di non

interrompere le connessioni in atto anche se alcune sue

componenti fossero state distrutte.

Si scelse quindi una rete a commutazione di pacchetto,

formata dagli host e da una subnet di comunicazione

costituita da vari IMP (Interface Message Processor)

collegati da linee di trasmissione.

Il software venne diviso in due parti:

SW per gli host

SW per la subnet (ossia per gli IMP)



Arpanet (2)

Protocolli definiti per Arpanet: Host-IMP protocol;

IMP-IMP protocol;

Source IMP-destination IMP protocol.



Arpanet (3)

Successivamente Arpanet si sviluppò incorporando altre reti, il che

mostrò l'inadeguatezza dei protocolli originari rispetto alle

problematiche di internetworking.

Nacque di conseguenza, verso la metà degli anni '70, l'architettura TCP/IP,

che il giorno 1/1/1983 divenne lo standard di Arpanet. TCP/IP fu poi

mantenuta anche per l'evoluzione di Arpanet, NSFNET (metà degli anni '80),

basata su linee da 56Kbps all'inizio e poi più veloci (1.5 Mbps nel 1990, 34

Mbps sulle linee principali oggi).

Il continuo aggiungersi di reti, ad Arpanet prima e ad NSFNET poi, ha creato

quella che oggi viene comunemente chiamata Internet, costituita da milioni

di host e utilizzata da decine di milioni di utenti. Internet si raddoppia

all'incirca ogni anno, ed ha suscitato grande interesse sia per i privati cittadini

che per le aziende.



Decnet Phase V (Digital)

Decnet Phase V è un'architettura di

rete totalmente conforme al modello

OSI.

Decnet ha costruito una piattaforma

comprendente i livelli 1, 2 e 3 del

modello OSI, sulla quale possono

appoggiarsi due diverse pile di

protocolli:

pila OSI;

pila Decnet Phase IV(proprietaria).

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