Architettura protocollare

Definisce la stratificazione delle funzioni di comunicazione, sia per gli apparati terminali che per i nodi di transito, e di come queste interagiscono reciprocamente sia tra nodi diversi, che nell'ambito di uno stesso nodo. Alcune di queste sono già state introdotte, e le citiamo per prime, seguite da quelle più rilevanti illustrate di seguito:

il controllo di flusso,

che impedisce la saturazione dei buffer;

la consegna ordinata,

per riassemblare messaggi frammentati su più datagrammi;

la segmentazione e riassemblaggio,

che definisce le regole per frammentare un messaggio in pacchetti e ricomporli, ad esempio in corrispondenza dei ``confini'' tra sottoreti con differente lunghezza di pacchetto;

il controllo di connessione,

che provvede ad instaurare la connessione, eseguire l'instradamento, impegnare le risorse, supervisionare il controllo di flusso, abbattere la connessione al suo termine;

il controllo di errore,

che provvede a riscontrare le unità informative, a rilevare gli errori di trasmissione, a gestire le richieste di trasmissione;

l'incapsulamento,

che aggiunge ai pacchetti di dati da trasmettere le informazioni di protocollo come l'header, gli indirizzi, il controllo di parità...

Allo scopo di fornire un aiuto alla schematizzazione delle interazioni tra le funzioni illustrate, l'International Standard Organization (ISO) ha formalizzato un modello concettuale per sistemi di comunicazione denominato Open System Interconnection (OSI)^6.34, che individua una relazione gerarchica tra i protocolli. In particolare sono definiti sette strati o livelli (LAYERS) ognuno dei quali raggruppa un insieme di funzioni affini. Gli strati più elevati (4-7) sono indicati anche come strati di utente, in quanto legati a funzioni relative ai soli apparati terminali; gli strati di transito invece (1-3) riguardano funzioni che devono essere presenti anche nei nodi intermedi.

La relazione gerarchica individuata stabilisce tra due strati contigui un rapporto di tipo utente-servizio; ovvero lo svolgimento delle funzioni di strato superiore necessita dei servizi offerti dallo strato inferiore. A titolo di esempio, si pensi all'invio di un documento mediante un corriere espresso: ci si affida allora ad uno strato di trasporto che offre all'utente (strato di sessione) un servizio (appunto) di trasporto che ha il compito di ``far apparire'' il documento presso il destinatario. La sede locale del corriere si affida quindi alla propria divisione interna che gestisce la rete dei corrispondenti, la quale si affida a sua volta ai corrispondenti stessi, che hanno il compito di assistere alla consegna ed all'arrivo (collegamento) del documento. Il trasferimento fisico dello stesso può quindi avvenire mediante un ultimo strato funzionale (treno, nave, aereo, auto...) che provvede esclusivamente al recapito in base alle informazioni ricevute dallo strato di collegamento.

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Per terminare l'esempio, facciamo notare come in ogni livello avvengano due tipi di colloqui (regolati da altrettanti protocolli): uno è orizzontale, detto anche tra pari (PEER-TO-PEER), come è ad esempio il contenuto del documento che spediamo, od i rapporti tra corrispondenti locali (che nel caso di un sistema di comunicazione corrisponde allo strato di collegamento, relativo ai procolli tra singole coppie di nodi di rete); il secondo tipo di colloquio avviene invece in forma verticale, in quanto per realizzare il colloquio tra pari ci si affida ad un servizio di comunicazione offerto dallo strato inferiore (che a sua volta può avvalersi dei servizi degli altri strati ancora inferiori).

Il modo di trasferimento è completamente definito dopo che sia stato specificato in quale strato siano svolte le funzioni di commutazione e multiplazione. In una rete a commutazione di circuito, sono realizzate dallo strato fisico che, esaurita la fase di instradamento ed impegno di risorse fisiche, collega in modo trasparente sorgente e destinazione. Nella commutazione di pacchetto, invece, le funzioni di multiplazione e commutazione coinvolgono (per tutti i pacchetti del messaggio) tutti i nodi di rete interessati; si dice pertanto che i protocolli di collegamento e di rete devono essere terminati (nel senso di gestiti) da tutti i nodi di rete.

Incapsulamento

 

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A riguardo della modalità con cui un protocollo tra pari di livello N affidi i suoi dati ad un servizio di livello N - 1, questo avviene (nella commutazione di pacchetto) mediante la funzione di incapsulamento, di cui viene data in figura una interpretazione grafica. I dati che lo strato N + 1 vuol trasmettere al suo pari, sono prefissi dalle informazioni di protocollo necessarie alla gestione del collegamento tra entità di livello N. A sua volta, il livello N affida il pacchetto così formato al servizio di collegamento offerto dallo strato N - 1, che ripete l'operazione di incapsulamento con le proprie informazioni di protocollo. Pertanto, lo strato fisico provvederà a trasmettere pacchetti contenenti tutte le informazioni di protocollo degli strati superiori.

 

Indipendenza dei servizi tra pari rispetto al servizio di collegamento

 

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Quando uno strato affida il collegamento con un suo pari allo strato inferiore, quest'ultimo maschera al superiore la modalità con cui viene realizzato il trasferimento. In particolare, se ci riferiamo all'interfaccia tra strato di trasporto e strato di rete, quest'ultimo può realizzare con il suo pari collegamenti con o senza connessione, offrendo allo stesso tempo (ma in modo indipendente) allo strato di trasporto un servizio con o senza connessione, dando luogo alle seguenti 4 possibilità:

SNA

(SYSTEM NETWORK ARCHITECTURE) è una architettura proprietaria IBM, in cui il trasferimento avviene in modo ordinato, richiedendo al livello di trasporto un circuito virtuale, che è realizzato da una serie di canali virtuali tra i nodi di rete. La stessa architettura è adottata anche dall'X.25, che costituisce l'insieme di protocolli che descrivono il funzionamento di reti pubbliche a commutazione di pacchetto, presenti in tutto il mondo: quella italiana prende il nome di ITAPAC.

Arpanet

è l'architettura di Internet, in cui sebbene lo strato di rete operi con principio di commutazione a datagramma, mediante il protocollo IP (INTERNET PROTOCOL), lo strato di trasporto (TCP, TRANSFER CONTROL PROGRAM) offe a quelli superiori un servizio con connessione, attuato mediante circuiti virtuali, in modo da garantire il corretto sequenziamento delle unità informative, ed offrire canali di comunicazione formalmente simili ai files presenti localmente su disco. Il mascheramento del servizio di rete interna a datagramma in un servizio con connessione avviene a carico dello strato TCP di trasporto presente nei nodi terminali, che appunto affronta il riassemblaggio ordinato dei datagrammi ricevuti dallo strato di rete.

Decnet

è (o meglio era) l'architettura Digital, in cui il controllo di errore, la sequenzializzazione, ed il controllo di flusso sono realizzati dal livello di trasporto.

Soluzione insolita

non è praticata perché equivale a fornire alla rete pacchetti disordinati, farli consegnare nello stesso identico disordine a destinazione, dove poi sono riassemblati. Può avere un senso se la comunicazione è sporadica, ma sempre per la stessa destinazione, nel qual caso somiglia ad un circuito virtuale permanente.