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INTERNET & APPLICATIONS
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Introduzione
I protocolli sono gli standard che specificano come
avvengono i trasferimenti da una macchina ad un'altra. Essi specificano
come sono rappresentati i dati, le tecniche per la rivelazione d'errore e
il meccanismo di acknowledgment per i pacchetti trasmessi. Infine tali
protocolli rendono invisibile all'utente l'hardware sottostante durante una
qualsiasi sessione di lavoro.
Per TCP/IP non si intende solo il protocollo di trasmissione TCP
ed il protocollo di rete IP, ma una famiglia di protocolli comprendente
anche l'UDP, l'ICMP,
l'ARP, il RARP ed altri, da cui però sono escluse le
applicazioni quali la posta elettronica (E-mail) , il
trasferimento di file (FTP) e l'emulazione di terminale
remota (TELNET).
Il TCP/IP, al contrario di molti standards diventati in seguito protocolli,
è nato prima come protocollo e
successivamente è stato affinato per farlo diventare uno standard, effettuando prove
"sul campo"; è in qualche modo uno standard "cooperativo".
Il modello a strati è una comoda rappresentazione dei sistemi di
rete che permette concettualmente di separare le diverse funzionalità in strati
di protocolli, permettendo così di studiare più facilmente i protocolli di rete.
L'idea della stratificazione è fondamentale per poter
disegnare l'architettura software strutturata in livelli, ognuno dei quali
con i suoi vari protocolli, tratta una parte specifica dei problemi di
trasmissione.
Il concetto di stratificazione poggia su un principio
basilare il quale, in sostanza, afferma che lo strato ennesimo alla
stazione destinazione deve ricevere un pacchetto identico a quello che è
uscito dal medesimo livello alla stazione sorgente. I due principali
esempi di modelli stratificati sono rappresentati dal Open System
Interconnection (OSI) dell'ISO e dal TCP/IP. Si può pensare al
software di una macchina come costituito da tanti strati ognuno dei quali
svolge una funzionalità specifica propria.
Inoltre è importante
sottolineare che uno strato comunica soltanto con uno strato immediatamente superiore
od inferiore, tramite delle interfacce standard, mentre all'interno
dello strato la comunicazione può avvenire in un qualunque modo; per poter
comunicare da uno strato n ad uno strato n-2 (n+2) bisogna
necessariamente passare attraverso lo strato intermedio n-1 (n+1).
Concettualmente, mandare un
messaggio da un programma su una macchina ad un programma su un'altra,
significa trasferire tale messaggio giù attraverso tutti i vari strati fino
al livello di rete e, tramite l'hardware, raggiungere l'altra macchina,
risalire gli strati software in successione fino al livello di applicazione
dell'utente destinazione.
In particolare il software TCP/IP è organizzato concettualmente in quattro livelli più un
quinto costituito dal supporto fisico vero e proprio. La figura mostra i quattro livelli:
- Application Layer : A livello più alto, l'utente invoca i
programmi applicativi che permettono di accedere ai servizi disponibili attraverso Internet; tale livello
riguarda tutte le possibili opzioni, chiamate, necessità dei
vari programmi. In pratica gestisce l'interattività tra l'utente e la
macchina.
Un programma applicativo interagisce con uno dei protocolli di livello trasporto per inviare o ricevere dati e li passa
al livello trasporto nella forma richiesta.
- Tranport Layer : Lo scopo
primario del livello trasporto è consentire la connessione in
rete fra due utenti ovvero permettere
la comunicazione tra un livello applicativo ed un altro; una comunicazione di questo tipo è spesso detta
"end-to-end".
Il software di tale livello divide il flusso di dati in pacchetti (di solito di circa 500 byte) che vengono passati insieme all'indirizzo di destinazione
allo strato sottostante. Il livello di trasporto deve accettare dati da molti
utenti contemporaneamente e, viceversa, deve smistare i pacchetti che gli
arrivano dal sotto ai vari specifici programmi; deve quindi usare dei
codici appositi per indicare le cosiddette porte.
Le routine di trasporto pacchetti
aggiungono ad ogni di pacchetto, alcuni bit in più atti a
codificare, fra l'altro, i programmi sorgente e destinazione.
Il livello di trasporto può regolare il flusso di informazioni e può,
nel caso del TCP (a differenza dell'UDP), fornire un trasporto affidabile
assicurando che i dati giungano a destinazione senza errori ed in sequenza mediante un meccanismo di acknowledgement e ritrasmissione.
- Internet Layer (IP) : Questo livello gestisce la comunicazione tra una macchina ed un'altra; accetta una richiesta
di inoltro di un pacchetto da un livello di trasporto insieme all'identificazione della macchina alla quale il pacchetto
deve essere inviato.
È il livello
più caratteristico della internet, detto appunto IP (internet protocol) che
crea il datagramma di base della rete, sostanzialmente, riceve e
trasferisce senza garanzie i pacchetti, che gli arrivano da sopra, verso la
macchina destinataria.
Esso accetta i pacchetti TCP, li spezzetta se necessario e li incapsula nei
datagramma di base IP, riempie gli header necessari
ed usa l'algoritmo di
rouiting per decidere a chi deve mandare questo pacchetto, in particolare se
si tratta di un caso di routing diretto o indiretto.
Il livello Internet gestisce anche i datagrammi in ingresso, verifica la loro validità ed usa l'algoritmo di routing
per decidere se il datagramma deve essere
inoltrato o processato localmente; in quest'ultimo caso il software elimina l' header del
datagramma e sceglie quale protocollo di trasporto gestirà il pacchetto.
In tale fase non solo
si svolge la funzione di instradamento, ma si verifica anche la validità
dei pacchetti ricevuti.
Inoltre questo livello gestisce integralmente i
messaggi ICMP in ingresso ed uscita.
- Network Interface Layer : Il
quarto ed ultimo strato è costituito da una interfaccia di rete
che accetta il datagramma IP e lo trasmette, previo incapsularlo in
appositi frame, sull'hardware di rete (il cavo) tramite, ad esempio, un transceiver.
Da notare che se necessario il pacchetto può
attraversare altre macchine intermedie (router) prima di giungere a destinazione, ma
in queste penetra solo i due strati più bassi dell'interfaccia di rete e
del datagramma base IP.
Uno dei vantaggi più significativi di questa
separazione concettuale è che diventa possibile, entro certi termini,
sostituire una parte senza disturbare necessariamente le altre, cosicché
ricerca e sviluppo possono procedere concorrentemente su ognuno dei tre
livelli.
La prima differenza tra i due modelli sta nel numero
di strati, in particolare, sette per l'OSI e cinque per internet.
Esistono due sottili ma importanti differenze fra lo schema a strati
dell'internet e quello del X.25 che è il più famoso protocollo aderente
alla normative ISO. La prima riguarda l'affidabilità del servizio di
trasporto dati e la seconda la localizzazione dell'autorità e controllo.
Nel modello X.25 il software del protocollo verifica l'integrità dei dati
ad ognuno dei primi quattro livelli (escluso ovviamente il livello fisico
di rete). In particolare, i livelli due e tre, cioè del link e del
network, includono oltre al checksum un meccanismo di "timeout and
retransmission", mentre il livello quattro del transport realizza
l'affidabilità finale detta "end-to-end". Questo crea dei problemi,
poiché ogni operazione di checksum mette in rete un ack ed ogni volta
che si eccede il timeout viene duplicato un pacchetto, tutte queste
operazioni sono ripetute ad ogni nodo attraversato anche se di passaggio
(nel senso che vi si penetra solo al livello minimo, cioè di link).
Al
contrario, nell'internet l'affidabilità è solamente un problema
"end-to-end", infatti il livello di trasporto, e quindi la destinazione e
la sorgente, è l'unico a gestire le ritrasmissioni e gli ack; i nodi di
passaggio sono pressoché trasparenti anche se in effetti, hanno la
capacità di buttar via i pacchetti se sono corrotti o se i buffer sono
pieni.
In generale, il multiplexing ed il demultiplexing sono
tecniche largamente usate per sfruttare meglio il mezzo trasmissivo. Ad esempio, il
TDMA permette di trasmettere più canali multiplexati, sfruttando un unico supporto
fisico, salvo demultiplexare i canali stessi a destinazione.
In particolare, una rete non usa un singolo protocollo per adempiere ai molteplici compiti
della trasmissione, ma, piuttosto, si basa su quella che potremmo definire
una famiglia di protocolli. In pratica nei sistemi di comunicazione si usa
una tecnica di multiplexing e demultiplexing per distinguere fra i vari
protocolli ad uno stesso livello gerarchico.
Quando si spedisce un
messaggio, il computer sorgente include dei bit in più per codificare il
tipo di messaggio, il processo che lo ha generato ed il protocollo usato.
Alla destinazione finale, la macchina demultiplexa i codici e guida così
l'informazione verso la giusta procedura.
La figura illustra come il software del Network Interface Layer usa
il frame type per scegliere la procedura che gestirà il frame in arrivo;
in particolare, un frame fisico
può contenere un datagramma IP, un ARP o un RARP.
A sua volta l'Internet Layer demultiplexa un datagramma IP che
può contenere un ICMP, un UDP,
un pacchetto TCP oppure un VMTP,
come mostrato in figura:
Ultimo aggiornamento: 11 Novembre 1996
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