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Bianca Petretti - Le reti 1

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:

IPX/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 offre 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 mezzo (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)



(2) IPX/SPX 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.



(3) IPSX/SPX

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 e sono formati da un N°

di rete di 32 bit e da un N° di

nodo di 48 bit in dot notation

e in esadecimale

Es: 1a2b.0000.3c4d.5e6d



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 (DNA - DEC)

DNA(Digital Network Architecture) è l’architettura

di rete proprietaria della DEC.

Le realizzazioni sdelle reti DNA si chiamano DECnet,

mentre le versioni sono le fasi (phases).

DECnet Phase V è una versione totalmente conforme al

Modello OSI. Per tale motivo è detta anche DECnet/OSI.


Esempi di architetture di rete: DECnet Phase V (2)

Decnet ha costruito una piattaforma

che comprendente i primi 3 livelli

dell’ OSI, sulla quale possono

appoggiarsi due diverse pile di

protocolli:

pila OSI;

pila Decnet Phase IV(proprietaria).


Esempi di architetture di rete: Reti IBM (1)

SNA (System Network Architecture) è una rete

proprietaria della IBM. Si è diffusa verso

la fine degli anni ’70 per collegare terminali

a mainframe.

VTAM software di rete istallato sugli host

SDLC protocollo usato sulle linee.


Esempi di architetture di rete: Reti IBM (2)

APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking) è l’altra

rete proprietaria della IBM per applicazioni

Client/Server

A livello di rete si usa un servizio connesso in cui

l’instradamento è stabilito al momento della creazione

della connessione ed è fisso per tutta la durata della

connessione (routing statico).

HPR (High Performance Routing) (detta anche APPN+) introdotta nel 1994 implementa invece un routing

dinamico.


Autorità per gli standard

AUTORITA’ INTERNAZIONALI

DI STANDARDIZZAZIONE

ORGANIZZAZIONI

SPONTANEE

ORGANIZZAZIONI

STABILITE CON CONTRATTI

FRA GOVERNI NAZIONALI


Autorità per gli standard (2)

Organismi più significativi per gli standard:

• Società telefoniche (si occupano di standard

per la telecomunicazione)

• ITU (International Telecomunication Union) organismo

internazionale con il compito di standardizzare le

telecomunicazioni internazionali.

• ISO organizzazione volontaria delle Nazioni Unite che si

occupa di stabilire standard internazionali in ogni campo,

fuorché elettricità ed elettronica.


Autorità per gli standard (3)

Altri organismi per gli standard:

• ANSI organizzazione privata che pubblixca standard

volontari (non obbliga ad applicarli, anche se

la non adesione ha conseguenze negative). E’

il rappresentante Usa dell’ISO

• UNINFO rappresentante italiano dell’ISO

• IEE organizzazione professionale mondiale, che si ocupa

anche di standard per le reti

• IEC definisce standard internazionali per il campo

dell’elettronica

• JTC1 è formata da ISO IEC per definire standard per le

tecnologie dell’informazione


Organismi per gli standard

per Internet (1)

I.S. (Internet Society) organismo che dal 1992

sovrintende alle tecnologie della rete Internet

All’interno della IS troviamo vari gruppi:

• IAB gruppo tecnico consultivo che stabilisce gli standard per

Internet

Gestisce la pubblicazione degli RFC in base alle proposte di

IETF e IRTF

• IETF si occupa di progetti a durata breve o media, come

Applicazioni,

Gestioni di rete, Servizi di Internet, Instradamento e Sicurezza

• IRTF si occupa di attività di ricerca a lungo termine come proposte

di

modifica dell’intera architettura di Internet in generale.


RFC

Gli RFC(request for comment) sono documenti che

descrivono standard o proposte di standard.

Tutti gli standard vengono pubblicati dalla IAB

sottoforma di RFC.

Chiunque può presentare una proposta di standard,

purché sia pubblicata sottoforma di RFC.


RFC (2)

Stadi del processo di maturazione degli RFC :

• una proposta di RFC viene esaminata dall’IETF dopodiché

può diventare proposed standard o restare in uno stadio

sperimentale

• dopo almeno 6 msi può diventare draft standard

• dopo altri 4 mesi almeno può diventare uno standard

Internet


RFC (3)

“Cosa succede ai vecchi protocolli

quando subentra un nuovo standard?”

Diventano Historical protocol

Le RFC sono identificate da un numero.

Gli aggiornamenti di una RFC vengono pubblicati

con un nuovo numero, mentre le RFC vecchie non

vengono segnalate.

Alcuni numeri risultano mancanti perché corrispondono a

delle RFC che rimangono non pubblicate


RFC (4)

CLASSIFICAZIONE

DELLE RFC

REQUIRED RFC RECOMMENDED RFC

Solitamente implementate anche

se non obbligatorie Devono essere implementate da

host e router su Internet

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