Il Modello OSI

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Testo

La struttura di una rete
Dopo gli anni settanta all’interno dei vari ambienti di lavoro si passò dal concetto di informatica centralizzata al concetto di informatica distribuita, dove vari personal computer furono connessi tra di loro per rispondere alle necessità degli utenti più diversi.
In particolare le reti possono classificarsi in:

1. reti lan (local area network) : sono reti che si estendono su un’area limitata e i nodi sono costituiti da computer del tutto indipendenti che al max condividono alcune unità periferiche: stampanti, plotter, ecc..
2. reti wan (wide area network): sono reti che si estendono su un’area geografica molto vasta che spesso supera anche i confini nazionali. (i nodi sono chiamati host).
Spesso per le motivazioni più varie, risulta necessario “unire” tra di loro reti strutturate in maniera differente. La “congiunzione” viene effettuata attraverso dei dispositivi dedicati che sono chiamati gateway. Questi di fatto, unendo tra di loro reti remote permettono di formare reti vaste e complesse ( => wan ) . All’interno delle wan sono presenti anche altri nodi dedicati, chiamati nodi di commutazione (Imp – interface message processor) che raggruppati tra di loro realizzano una sottorete di comunicazione. A questa sottorete di comunicazione convergono tutte le richieste dei nodi periferici, gli imp hanno il compito di smistarsi tra di loro tutte queste richieste in modo da instradarle verso i nodi della rete opportuni.
Per garantire una facile comunicazione tra reti realizzate anche con tecnologie diverse, l’International Standard Organization ha fissato un modello standardizzato di architettura di rete (modello Osi – open system interconnection), che definisce le varie fasi del processo di trasmissione delle informazioni in una rete, a cui l’hardware e il software applicativo devono attenersi.
Introduzione allo Standard Osi
Esempio: due biologi, uno in Svezia e uno in India, devono comunicare tra di loro. Poiché non hanno un linguaggio in comune, ambedue assumono un interprete, ognuno dei quali contatta a sua volta un tecnico delle trasmissioni.
Lo scienziato svedese vuole comunicare allo scienziato indiano il suo affetto per i conigli. Per far questo passa un messaggio (in svedese) al suo interprete, che lo traduce in “I like rabbits”. L’interprete dà il messaggio al suo tecnico che lo trasmette mediante telegrafo. Quando il messaggio arriva, viene tradotto in indonesiano e passato al biologo indiano.
I due biologi comunicano tra di loro, ma solo virtualmente; e così fanno i due interpreti; i due tecnici invece comunicano fisicamente tra di loro. La comunicazione virtuale tra i due biologi avviene in realtà scendendo attraverso le interfacce svedesi fino al livello più basso e risalendo a quello più alto dalla parte indiana. Ruoli importanti svolgono i protocolli di livello e le interfacce tra livelli.
Questa tecnica di modellazione “a livelli” permette di analizzare un processo di comunicazione nei suoi diversi gradi di dettaglio e di complessità. Nella comunicazione tra computer, il metodo a livelli (modello Osi), ricalca nella sostanza il modello di comunicazione appena esposto.
I livelli del modello Osi
Secondo il modello osi (Open System Interconnection) il processo di trasmissione è suddiviso in sette livelli, ciascun livello che è caratterizzato da un protocollo di livello, fornisce dei servizi ai livelli gerarchicamente superiori sfruttando apposite interfacce di livello.
Il modello Osi prevede che i dati per passare dal nodo trasmettitore al nodo ricevitore debbano prima attraversare tutti i livelli del nodo trasmettitore fino al livello fisico e dopo aver percorso il mezzo fisico di trasmissione fino al nodo ricevitore, debbano risalire la gerarchia dei livelli di quest’ultimo fino a raggiungere il livello da cui il messaggio è partito. Esiste quindi una netta differenza tra cammino virtuale dei dati (da un qualunque livello del nodo trasmettitore allo stesso del nodo ricevitore) e cammino reale dei dati (attraverso il mezzo trasmissivo).
Le reti che seguono il modello Osi possono essere realizzate con tecnologie diverse, però con il vincolo che le interfacce tra i livelli utilizzino in maniera standardizzata i protocolli di ogni singolo livello.
In base al modello Osi i sette livelli, partendo da quello gerarchicamente più basso, sono:
1. fisico
2. collegamento dati
3. rete
4. trasporto
5. sessione
6. presentazione
7. applicazione
1- Livello fisico (physical layer)
E’ il livello che si occupa di generare il segnale che identifica l’insieme dei bit che compongono il messaggio. Il protocollo di livello 1 definisce in particolare:
• il tipo di segnale e le tensioni da far corrispondere ai livelli 1 e 0 per ogni bit
• il tempo necessario di permanenza del segnale sulla linea da far corrispondere ad un bit
• la mono o bidirezionalità della comunicazione
• la modalità di connessione e disattivazione della linea
• la tipologia di rete
2- Livello di collegamento dati (data link layer)
Questo livello sovraintende alle operazioni logiche legate alla trasmissione dei dati come l’inizializzazione della linea, il sincronismo della trasmissione, i controlli di correttezza.
In particolare il protocollo definisce:
• le configurazioni di controllo che permettono di definire ogni singolo frame/pacchetto
• se il controllo dell’errore avviene tramite bit di parità o checksum
• le velocità di invio/acquisizione dei dati
normalmente i servizi di questo livello sono implementati a livello hardware
3- Livello di rete (network layer)
Si occupa del routing tra le macchine rendendo possibili i colloqui all’interno di una rete locale; stabilisce, mantiene e termina le connessioni logiche e/o fisiche; suddivide i messaggi in opportuni pacchetti da instradare sulla rete su un proprio percorso deciso dinamicamente in funzione delle condizioni di traffico esistenti al momento della spedizione del medesimo (percorso a datagramma); fissa l’ordine di trasmissione e di ricezione dei pacchetti; controlla le congestioni sulla rete.
4- Livello di trasporto (transport layer)
Garantire la trasmissione corretta dei dati effettuata dal livello superiore, mascherando le modalità con cui essi vengono effettivamente trasmessi ovvero usando le primitive di comunicazione.
5- Livello di sessione (session layer)
Offre i servizi che permettono ad utenti diversi di colloquiare tra di loro attraverso la rete, ovvero di aprire o chiudere una connessione e di trasferire dei dati.
6- Livello di presentazione (presentation layer)
Livello intermedio che fornisce codice e sintassi per la comunicazione tra piattaforme diverse ad esempio per codificare i dati nel formato ASCII o EBCDIC.
7- Livello di applicazione (application layer)
E’ il livello più esterno che mette a disposizione degli utenti/programmatori programmi per il trasferimento file, posta elettronica, gestione terminali.
Caratteristiche dei sette livelli dello standard Osi:
- Modulazione: il numero dei livelli non deve essere troppo elevato, per non rendere troppo complessa la progettazione e l’implementazione di una rete, né troppo ridotto per evitare che in ogni livello non si concentrino troppe funzionalità,
- Trasparenza: il funzionamento di ogni livello dovrebbe essere completamente indipendente da quello degli altri e la quantità di informazioni scambiate tra le interfacce dei livelli deve essere la minore possibile.
- Definizione precisa delle funzionalità: ogni livello deve svolgere compiti ben precisi.
- Stratificazione dei livelli: se necessario è prevista la possibilità di creare nuovi livelli che implementino nuove funzionalità.
Protocolli e Servizi
Cosa sono in pratica i servizi e i protocolli?
- i servizi di ciascun livello definiscono le operazioni primitive che il livello è in grado di fornire ai livelli superiori, questi ultimi da parte loro non conoscono gli aspetti implementativi del servizio fornitogli
- i protocolli sono formati da un insieme di regole che permettono di aprire, mantenere e chiudere una comunicazione tra due nodi, oltre che naturalmente definire anche il formato ed il significato dei frame/pacchetti oggetto dello scambio.
Il protocollo e l’implementazione dei servizi di ciascun livello rimangono trasparenti ai livelli superiori, questo è anche il motivo per cui un’architettura di rete aderente allo standard Osi semplifica il progetto e la realizzazione dei sistemi distribuiti; infatti essendo minori i fattori che devono essere considerati dai programmatori, questi possono occuparsi e curare solo degli aspetti logici del sistema. Viene semplificato anche il lavoro dei sistemisti e degli amministratori di rete in quanto risulta più semplice anche la manutenzione della rete e la configurazione/riconfigurazione del numero di utenti e terminali.
(Resta ovvio che una suddivisione in livelli semplifica in partenza anche la realizzazione del software di ciascun livello per l’implementazione dei servizi).

Esempio