protocollo
Un protocollo definisce le regole che il mittente, il destinatario e tutti i sistemi intermedi coinvolti devono rispettare per essere in grado di comunicare.
In alcune situazioni, è opportuno suddividere i compiti fra più livelli (layer) - questo permette di suddividere un compito complesso in più compiti semplici, e permette la modularizzazione (indipendenza dei livelli).
- ogni modulo/livello può essere considerato come un black box, senza preoccuparsi delle modalità con cui i dati vengono processati e prodotti
- si separano i servizi dalla loro implementazione: un livello usa servizi dal livello inferiore, e offre servizi al livello superiore
- se due macchine forniscono lo stesso output dallo stesso input, possono essere considerati equivalenti
Talvolta è richiesta una comunicazione bidirezionale: ciascun livello deve essere capace di effettuare i due compiti opposti, uno per ciascuna direzione (per esempio crittografare e decrittografare).
I livelli sono direttamente collegati, ovvero il protocollo implementato a ciascun livello specifica una comunicazione diretta tra i pari livelli delle due parti.
stack protocollare TCP/IP
(Lo stack protocollare prende il nome di TCP/IP perché TCP e IP sono i due protocolli più importanti).
La rete è organizzata come una pila di strati (layer) o livelli, costruiti l’uno sull’altro. Ogni livello offre servizi agli strati di livello superiore, nascondendo i dettagli di implementazione.
- strati dello stesso livello di computer diversi sono in comunicazione tra di loro, attraverso i protocolli
- le entità che formano gli strati sono chiamati pari (peer)
- (i dati non sono trasferiti direttamente dallo strato N di un computer allo strato N di un altro computer)
vantaggi e svantaggi del layering
Il vantaggio principale del layering è la modularità:
- semplicità di design
- possibilità di modificare un modulo in modo trasparente se le interfacce con gli altri livelli rimangono le stesse
- possibilità per ciascun costruttore di implementare un livello a suo piacimento purché soddisfi i requisiti delle interfacce
Lo svantaggio principale è dato dal fatto che a volte è necesario lo scambio di informazioni tra livelli non adiacenti, il che non rispetta il principio della stratificazione.
La pila TCP/IP era originariamente definita in termini di quattro livelli software + un livello hardware, ma è oggi intesa come composta di cinque livelli.
livello applicazione
- sede delle applicazioni di rete
- usa i protocolli: HTTP, SMTP, FTP, DNS
- i pacchetti sono chiamati messaggi
Il livello applicazione fornisce servizi all’utente. La comunicazione è fornita per mezzo di una connessione logica: i livelli applicazione ai due lati della comunicazione agiscono come se esistesse un collegamento diretto bidirezionale attraverso il quale poter inviare e ricevere messaggi.
- la comunicazione reale avviene attraverso più livelli e dispositivi, e vari canali fisici
Il livello applicazione è molto flessibile, e consente di aggiungere nuovi protocolli con estrema facilità senza modificare gli altri livelli. Ogni protocollo aggiunto ad un dato livello deve essere progettato in modo da usare servizi del livello inferiore.
protocolli standard
A livello applicazione esistono diversi protocolli standardizzati e documentati dagli enti responsabili della gestione di Internet. Ogni protocollo standard è costituito da una coppia di programmi che interagiscono con l’utente e con il livello di trasporto per fornire uno specifico servizio.
- per esempio, un’applicazione web è specificata dal protocollo HTTP
protocolli non standard
È possibile creare un’applicazione non standard scrivendo due programmi che forniscono servizi agli utenti (facendo uso dei servizi di trasporto) senza dover chiedere autorizzazioni.
creare un’applicazione di rete
alcune applicazioni di rete
- posta elettronica
- web
- messaggistica istantanea
- condivisione di file P2P
- SSH
- giochi multiutente via rete
- streaming
- telefono via internet
- videochiamate
Per creare un’applicazione di rete è necessario scrivere programmi che
- girino su sistemi terminali diversi
- comunichino attraverso la rete
- funzionino su più macchine e siano indipendenti dalla tecnologia che c’è sotto
architettura dell’applicazione
Esistono tre diversi paradigmi per la gestione dei servizi:
- i due programmi devono essere entrambi in grado di richiedere e offrire servizi (peer-to-peer)
- ciascuno dei due programmi deve occuparsi di uno dei due compiti(client-server)
- architetture ibride (client-server E p2p)
paradigma client-server
Il ruolo delle due entità è totalmente differente: non è possibile eseguire un client come programma server e viceversa. Infatti
- il client ⇒ richiede i servizi, e va in esecuzione solo quando il servizio è necessario (di solito ci sono numerosi client che richiedono i servizi)
- il server ⇒ è il fornitore dei servizi, ed è sempre in esecuzione, in attesa di richieste dal client (c’è un numero limitato di processi server pronti ad offrire uno specifico servizio)
svantaggi
- il carico della comunicazione è concentrato sul server, che deve quindi essere molto potente
- per creare un potente server virtuale serve una server farm
- costi di gestione per offrire servizio
altri livelli
Trasporto ⇒ trasferimento dei messaggi dal livello applicazione di un client a quello di un server
- protocolli: TCP affidabile, UDP non affidabile (l’affidabilità fa riferimento a correttezza e ordine di arrivo)
- i pacchetti sono chiamati segmenti
Rete ⇒ instradamento dei segmenti dall’origine alla destinazione
- IP, protocolli di instradamento
- pacchetti: datagrammi
Link (hardware) ⇒ trasmissione di datagrammi da un nodo a quello successivo sul percorso
- Ethernet, Wi-Fi, PPP (lungo un percorso sorgente-destinazione, un datagramma può essere gestito da protocolli diversi)
- pacchetti: frame
Fisico ⇒ trasferimento dei singoli bit
comunicazione in una internet
- grazie al layering, i sistemi implementano solo i livelli necessari, riducendo la complessità
- nel router, ci possono essere fino a livelli fisico-collegamento, con numero di link a cui il router è collegato
- invece, poiché le porte dello switch sono omogenee, c’è un solo protocollo
servizi e protocolli
Servizi e protocolli sono due concetti ben distinti.
Un servizio è un insieme di primitive che uno strato offre a quello superiore. Esso definisce quali operazioni lo strato è in grado di offrire, ma non specifica come queste siano implementate.
Un protocollo è un insieme di regole che controllano il formato e il significato dei pacchetti scambiati tra le entità pari all’interno di uno strato.
architettura di rete
Ogni strato passa dati e infomazioni di controllo allo strato immediatamente sottostante, fino a raggiungere quello più basso.
incapsulamento e decapsulamento
La sorgente effettua l’incapsulamento: prende il pacchetto dal livello superiore, lo considera come carico dati (payload) e aggiunge un’intestazione (header). Il destinatario effettua invece il decapsulamento.
- un router effettua sia incapsulamento che decapsulamento, in quanto è collegato a due link
incapsulamento
L’incapsulamento sarà quindi diverso per ogni livello:
- messaggio (nessun header)
- segmento/datagramma utente: formato da un messaggio + un header trasporto
- datagramma : segmento + header rete
- frame: datagramma + header collegamento
- bit (livello fisico)
multiplexing e demultiplexing
Dato che lo stack protocollare TCP/IP prevede più protocolli in uno stesso livello, è necessario eseguire il multiplexing alla sorgente e il demultiplexing alla destinazione.
- multiplexing ⇒ un protocollo può incapsulare (uno alla volta) i pacchetti ottenuti da più protocolli di livello superiore
- demultiplexing ⇒ un protocollo può decapsulare e consegnare i pacchetti a più protocolli del livello superiore
per identificare il protocollo a cui appartengono i pacchetti incapsulati, si usa un campo nell' header
indirizzamento nel modello TCP/IP
Poiché il modello TCP/OP prevede una comunicazione logica tra coppie di livelli, è necessario avere un indirizzo sorgente e un indirizzo destinazione ad ogni livello.
modello OSI
L’ISO (International Organization for Standardization) ha definito il modello OSI come alternativa al TCP/IP.
Non fu mai effettivamente utilizzato, in quanto venne pubblicato quando il TCP/IP era già ampiamente diffuso, e un’eventuale sostituzione avrebbe comportato un costo notevole. Infatti alcuni livelli, come presentazione e sessione, non sono mai stati completamente specificati.
standard di Internet
nello studio di Internet e dei suoi protocolli, si incontrano spesso riferimenti a standard o entità amministrative:
- uno standard Internet è una specifica che è stata rigorosamente esaminata e controllata, ritenuta utile ed accettata da chi utilizza la rete Internet.
- è quindi un insieme di regole formalizzate, che devono essere necessariamente seguite
procedura per diventare uno standard internet
