2: Architettura delle reti e modello OSIinfocom.uniroma1.it/...02_ArchitetturaReti_ModOSI.pdf · Il modello è stato pubblicato nel 1983 col nome OSI (Open System Interconnection)

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2: Architettura delle reti e modello OSI

R. Cusani, F. Cuomo: Telecomunicazioni - Architettura delle Reti e Modello OSI, Marzo 2010

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Architettura di rete

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

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Architettura stratificata

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


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Struttura a strati


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Lo strato

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


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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


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Protocol Data Unit

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


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Il servizio

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


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Servizi orientati alla connessione

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


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Servizi non orientati alla connessione

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


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Qualità del servizio

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.


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Qualità del servizio (2)

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)


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L’interfaccia

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


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Primitive di servizio

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


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Definizione della architettura

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


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Flusso dei dati


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Flusso dei dati (2)

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


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Modello OSI

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.


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Livelli del modello OSI


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Livelli OSI: fisico

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


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Livelli OSI: data link

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)


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Livelli OSI: network

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


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Livelli OSI: transport

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


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Livelli OSI: session

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


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Livelli OSI: presentation

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


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Livelli OSI: application

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)


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Schema del modello OSI


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Service Access Point

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

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