Sistemi e Tecnologie della
Comunicazione
Lezione 3: Architettura TCP/IP
Commutazione di circuito
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Una rete estesa, a topologia irregolare, deve occuparsi di
come fare a realizzare una comunicazione tra nodi
distanti
La tecnologia a commutazione di circuito prevede che si
stabilisca a priori un percorso dedicato alla trasmissione
dei dati, definendo la sequenza di linee punto punto che
costituiranno il cammino verso la destinazione
Le risorse dedicate alla trasmissione vengono allocate e
dedicate a quella specifica trasmissione, e vengono
rilasciate alla fine della trasmissione dati
Una volta stabilito il circuito, i dati vengono instradati da
ogni nodo intermedio verso il canale di uscita predisposto,
senza introdurre ritardi
Schema di commutazione di circuito
Commutazione di pacchetto
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La tecnologia a commutazione di pacchetto segue una
logica completamente differente
nessuna risorsa viene preventivamente allocata per la
trasmissione dei dati
i dati vengono separati in pacchetti, ciascuno dei quali
viene inviato indipendentemente dagli altri
i pacchetti possono arrivare a destinazione in tempi
diversi, con ritardi e perdite, lungo cammini
potenzialmente differenti
ogni nodo della rete riceve il pacchetto, lo memorizza,
prende una decisione su dove instrararlo e lo invia
Schema di commutazione di pacchetto
Considerazioni sulla commutazione
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La commutazione di circuito ha le caratteristiche
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preallocazione risorse, quindi non c’e’ congestione
predefinizione del circuito, quindi non c’e’ ritardo per la
trasmissione
La commutazione di pacchetto e’ caratterizzata
da
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maggiore efficienza perche’ le risorse inutilizzate sono
disponibili per altri
maggiore flessibilita’ per guasti sulla rete: i pacchetti
successivi al guasto possono trovare un’altra strada
Modello TCP/IP
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Il modello nasce da un progetto del Dipartimento
della Difesa USA per la realizzazione di una rete
di trasmissione solida per le necessita’ del DoD
(Advanced Research Project Agency)
Lo scopo era quello di realizzare una rete di
trasmissione dati dotata delle caratteristiche:
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Solidita’ rispetto a potenziali eventi distruttivi di una
parte della rete
Possibilita’ di mettere in comunicazione reti differenti
sparse sul territorio
L’ARPA decise di progettare e sviluppare una rete
a commutazione di pacchetto
Architettura del TCP/IP
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Il TCP/IP e’ nato come realizzazione di un insieme di pezzi
che svolgessero determinate funzioni
Questi pezzi sono stati sviluppati talvolta per risolvere
problemi circostanziati, senza un disegno architetturale a
priori
Solo dopo la sua realizzazione si e’ tentato di fornire una
descrizione in termini di architettura stratificata, in modo
analogo al modello OSI
La stratificazione risulta tuttavia meno precisa e meno
vincolante rispetto al modello OSI (ad esempio, non e’
rigoroso l’impiego di tutti i livelli)
Strati del TCP/IP
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TCP/IP ha una architettura stratificata, come OSI,
ma a soli 3 livelli:
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Application: livello che si occupa di fornire un accesso
alla rete alle applicazioni. E’ un livello che equivale ai
livelli 5, 6 e 7 di OSI.
Transport: livello di trasporto end-to-end, equivalente
al livello 4 di OSI
Internet: livello di interconnessione di reti,
sostanzialmente equivalente nelle funzioni al livello 3
di OSI
Sotto al livello internet, non viene specificato
nulla se non che deve esistere un modo per
recapitare i pacchetti del livello internet; questo
talvolta e’ indicato come ulteriore livello, detto di
accesso alla rete (host to network)
Il livello internet
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Il livello internet si occupa di come recapitare i dati nella
sottorete (routing), e di inviarli infine nella rete di
destinazione.
E’ specificato un protocollo non orientato alla
connessione: IP (Internet Protocol)
Il protocollo richiede che per ogni computer connesso alla
rete sia definito un indirizzo univoco (indirizzo IP)
Questo protocollo suddivide i dati in pacchetti e li instrada
utilizzando tabelle che fanno corrispondere ad ogni
indirizzo IP un canale in uscita
Funzione di questo livello e’ anche la costruzione ed il
mantenimento dinamico delle tabelle; sono definiti per
questa funzione protocolli che possono essere inseriti in
questo strato, anche se utilizzano IP come se fosse un
sottolivello
Il livello di trasporto
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Il modello definisce due protocolli differenti per il
trasporto:
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TCP (Transmission Control Protocol) che realizza un servizio di
trasporto end-to-end affidabile orientato alla connessione. Questo
protocollo si occupa di tutte le questioni caratteristiche del livello
di trasporto di OSI
UDP (User Datagram Protocol) che realizza un servizio inaffidabile
connection less
Le applicazioni accedono a questi protocolli tramite i punti
di accesso al servizio, che nel modello si chiamano porte
(port)
Entrambi i protocolli segmentano i dati del livello di
applicazione, aggiungono un header, e passano i
segmenti al livello di internet
Livello di applicazione
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Originariamente le applicazioni disponibili erano terminale
remoto, file transfer e posta elettronica
Esistono oggi innumerevoli applicazioni basate su TCP/IP
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terminale remoto: telnet, rsh, ssh
file transfer: ftp, sftp
trasferimento pagine di ipertesto: http
trasferimento messaggi: smtp, nntp
controllo remoto dei nodi della rete: snmp
trasporto di interfacce grafiche: X
conversione nomi-indirizzi: dns
sincronizzazione tra computer: ntp
…
Flusso dei dati in TCP/IP
Schema dei livelli del TCP/IP
Considerazioni sui modelli
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Il modello OSI e’ stato pensato a lungo, ed architettato con cura, ed
e’ stato realizzato con una chiara definizione delle funzionalita’ e dei
confini tra le sue componenti
Tuttavia la complessita’ e la mancanza di esperienza sul campo
hanno reso difficile la implementazione pratica funzionale del
protocollo
Lo standard e’ arrivato troppo tardi: il mondo aveva gia’ preso
un’altra strada
Alcuni strati sono sostanzialmente inutili, altri molto pesanti
Molte funzionalita’ vengono ripetute in modo inefficiente in strati
differenti, e mancano funzionalita’ utili (un servizio connection less a
livello di trasporto)
E’ stata realizzata una implementazione che ha avuto una certa
diffusione: Decnet/OSI (dalla DEC): questa e’ stata utilizzata per
alcuni anni nella rete di ricerca internazionale, ed in seguito
abbandonata
Nonostante dichiarazioni di intenti (il DoD affermo’ che avrebbe
pensionato i protocolli TCP/IP per una migrazione verso OSI) questa
architettura non ha sfondato
Considerazioni sui modelli (2)
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Il modello TCP/IP gode i frutti di una solida esperienza sul
campo
Il suo utilizzo, diffuso anche grazie alla diffusione del
sistema operativo Unix che utilizza TCP/IP come
protocollo di rete nativo, si e’ ampliato fino a sbaragliare
la concorrenza
La sua architettura non e’ ben definita nelle separazioni
delle funzioni, e il concetto di stratificazione e’ violato (o
violabile) in molte circostanze
Il modello e’ inadatto a descrivere protocolli differenti dal
TCP/IP, quindi e’ legato alla implementazione specifica
Manca totalmente una definizione di come si debba fare
per accedere al mezzo fisico (in pratica e’ incompleto)
Confronto tra i modelli
Apocalisse dei due elefanti
Modello ibrido
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Spesso per parlare di reti si prende come punto di riferimento
l’architettura OSI, ma si prende atto che i livelli di session e
presentation sono sostanzialmente inutili, e si adotta una struttura a
5 livelli:
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applicazione
trasporto
rete
data link
strato fisico
In questo modo si puo’ parlare delle architetture OSI e TCP/IP
disponendo di una corrispondenza uno a uno tra gli strati,
assumendo che il modello TCP/IP raggruppi nello strato di accesso
alla rete i primi due strati OSI (che poi e’ quello che accade in
pratica)
Nel corso adotteremo questa struttura, fermandoci al livello di
trasporto