Modello OSI

Il modello di riferimento OSI

Ininformaticaetelecomunicazioni,ilmodello OSI(acronimo diOpen Systems Interconnection,conosciuto impropriamente anche come "modello ISO/OSI" ) è unostandardarchitetturale perreti di calcolatoriinteroperabili,ufficializzato nel 1984 dall'Organizzazione internazionale per la normazione(ISO) sotto il nome ISO 7498.

Il modello venne sviluppato nell'ambito dell'omonima iniziativaOpen Systems Interconnection,avviata nel 1977 e portata avanti congiuntamente daISOeITU-T.

Tale modello stabilisce per l'architetturalogica di rete, ovvero per le funzioni di comunicazione delletelecomunicazionio disistemi informatici,una struttura a strati composta da una pila diprotocolli di comunicazione di retesuddivisa in 7 livelli diversi di astrazione, i quali insieme eseguono tutte le funzionalità della rete, seguendo un modello logico-gerarchico.

Storia

Fra gli anni sessanta e settanta, le reti informatiche erano gestite soprattutto a livello governativo (ARPANETnegliStati Uniti,CYCLADESinFrancia) o tramite standard proprietari (come laSystems Network Architecture(SNA) diIBMoDECnetdellaDigital Equipment Corporation).

Essendoci un vasto consenso sulla necessità di standard comuni, un primo tentativo di unificazione fu tentato nel 1972 con la formazione dell'International Network Working Group(INWG), con a capoVint Cerf.L'INWG cercò di promuovere l'idea dicommutazione a pacchettobasata suldatagramma,invenzione diLouis Pouzin.Il gruppo, guidato da Cerf e Pouzin, sottopose il proprio protocollo nel 1975 alComité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique,che respinse l'idea giudicandola troppo rischiosa e mal testata.

Subito dopo Cerf lasciò il suo incarico nell'INWG, segnando una rottura all'interno del gruppo. Fu seguito daBob Kahn,con il quale pose le basi per lasuite TCP/IP.Altri membri, invece, intrapresero il progetto Open Systems Interconnection.

L'OSI venne portato avanti da vari informatici del Regno Unito, Francia e Stati Uniti. Nel 1977 fecero richiesta all'Organizzazione internazionale per la normazione(ISO) di poter sviluppare un nuovo standard per le reti a commutazione di pacchetto, la quale accettò ponendoCharles Bachman(giàpremio Turing) a capo del progetto.

Il modello OSI, sviluppato da Bachman assieme ad altri informatici comeHubert Zimmermann(INWG) e John Day (ARPANET), introdusse l'idea di un unico modello diprotocollisuddivisi in più livelli, puntando a garantire l'interoperabilitàfra i vari dispositivi e software di rete. Il modello divenne standard ISO nel 1984.

Punti critici

La suite di protocolli OSI venne considerata da alcuni, fra i quali l'informaticoAndrew S. Tanenbaum,troppo complicata e inefficiente, e per grande parte non implementabile.Con l'approccio "forklift upgrade",in ciascun livello dello stack ogni protocollo già esistente dovette essere sostituito, rendendo l'implementazione molto difficoltosa. Inoltre, i protocolli includevano talmente tante caratteristiche opzionali che talvolta le varie implementazioni non risultavano essere interoperabili.

Nonostante ci si riferisca sempre al modello OSI come standard, nella pratica viene spesso applicata lasuite di protocolli Internet.L'approccio pragmatico della suite TCP/IP l'ha resa lo standardde facto.A tal proposito rimase famosa la frase del pioniere di InternetEinar Stefferud"OSI è un bellissimo sogno, e TCP/IP lo sta vivendo".

Lo standard

Lo standard ISO/IEC 7498 è suddiviso come segue:

• ISO/IEC 7498-1: Modello base
• ISO 7498-2: Sicurezza
• ISO/IEC 7498-3: Denominazione e indirizzamento
• ISO/IEC 7498-4: Gestione

Caratteristiche

Parallelo fraimprese(livelli superiori) e sistema postale (livelli inferiori) e il modello ISO/OSI.

Il modello ISO/OSI, concepito perreti di telecomunicazioniacommutazione di pacchetto,è costituito da una pila (o stack) di protocolli attraverso i quali viene ridotta la complessità implementativa di un sistema di comunicazione per il networking. In particolare ISO/OSI è costituito da strati (o livelli), i cosiddettilayer,che definiscono e racchiudono in sé a livello logico uno o più aspetti fra loro correlati della comunicazione fra duenodidi una rete. I layer sono in totale 7e vanno dal livello fisico (quello del mezzo fisico, ossia delcavo,delleonde radio,fibra otticao qualsiasi altro sistema trasmissivo) fino al livello delle applicazioni, attraverso cui si realizza la comunicazione dialto livello.

Ogni layer individua un protocollo di comunicazione del livello medesimo. ISO/OSI realizza unacomunicazione per livelli,cioè dati due nodi$A$e$B$,il livello$n$del nodo$A$può scambiareinformazionicol livello$n$del nodo$B$,ma non con gli altri. Ogni livello in trasmissione realizza la comunicazione col livello corrispondente sui nodi di transito o destinatari usando ilSAP(service access point) del livello immediatamente sottostante. Sicché ISO/OSIincapsulai messaggi di livello$n$in messaggi del livello$n-1$.Così se$A$deve inviare, ad esempio, unae-maila$B$,l'applicazione (liv. 7) di$A$propagherà il messaggio usando il layer sottostante (liv. 6) che a sua volta userà il SAP del layer inferiore, fino ad arrivare alla comunicazione ovvero allatrasmissionesulcanaleomezzo fisico trasmissivo.

In tal modo si realizza una comunicazionemultilivelloche consente, ad esempio, di implementarealgoritmidiversi per l'instradamentoin rete pur disponendo di protocolli di trasporto connessi e scegliere ed adattare protocolli e relativi algoritmi alla particolarerete di telecomunicazionida realizzare. Tutto ciò conferisce modularità al sistema con maggiore semplicità diprogettazionee gestione della rete ovvero possibilità di migliorare, sviluppare e dunque eventualmente sostituire i protocolli dei vari strati cioèimplementaree reimplementare con dei protocolli ciascuna delle rispettive funzionalità logiche lasciando inalterate le funzioni altrui.

Al fine di ottenere un miglioramento dell'attuale modello può risultare interessante la possibilità di trarre vantaggio da uno scambio di informazioni nell'ambito della stessa pila protocollare, tra gli strati non adiacenti. Questa possibilità prende il nome dicross-layer(CL)ed è interessante soprattutto nellecomunicazioni radioper la natura stessa variabile del mezzo trasmissivo; sta riscuotendo un notevole interesse negli ultimi anni soprattutto per la riduzione dei consumi di energia nelle comunicazioni wireless.L'idea fondamentale del concettocross-layerè di introdurre la capacità, nei vari protocolli di comunicazione, di scambiarsi informazioni per adattarsi agli specifici stati del collegamento della rete. A differenza del modello OSI classico, non si vogliono più prendere solo delle contromisure preventive o meccanismi di controllo successivi ad un determinato evento verificatosi nella rete, bensì si cerca di decidere in modo interattivo con essa sfruttando le informazioni comuni a tutti gli strati.

Elenco e funzioni dei livelli

Livello 1: fisico (Physical Layer)

Obiettivo: trasmettere un flusso di dati non strutturati attraverso un collegamento fisico, occupandosi della forma e dei livelli di tensione del segnale. Ha a che fare con le procedure meccaniche ed elettroniche necessarie a stabilire, mantenere e disattivare un collegamento fisico.

Semplicemente: si occupa di controllare la rete, glihardwareche la compongono e i dispositivi che permettono la connessione.

In questo livello si decidono:

• il numero di bit in un collegamento (PROB);
• letensioniscelte per rappresentare i valori logici deibittrasmessi;
• la durata in microsecondi delsegnaleche identifica un bit;
• lamodulazionee lacodificautilizzata;
• l'eventuale trasmissione simultanea in due direzioni (Half-Duplex o Full-Duplex);
• la forma e la meccanica deiconnettoriusati per collegare l'hardware almezzo trasmissivo.

A questo livello lavorano imodeme glihub.

Livello 2: collegamento dati (Datalink Layer)

Obiettivo: permettere il trasferimentoaffidabiledi dati attraverso il livello fisico. Invia frame di dati con la necessaria sincronizzazione ed effettua uncontrollo degli errorie delle perdite di segnale. Tutto ciò consente di far apparire, al livello superiore, il mezzo fisico come unalinea di trasmissioneesente da errori di trasmissione.

Questo livello si occupa in primis di formare i dati da inviare attraverso il livello fisico,incapsulandoil pacchetto proveniente dallo strato superiore in un nuovopacchettoprovvisto di un nuovoheader(intestazione) etail(coda), usati anche per sequenze di controllo. Questa frammentazione dei dati in specifici pacchetti è dettaframinge i singoli pacchetti sono iframe(trame).

Comecontrollo di errore,per ogni pacchetto ricevuto, il destinatario invia al mittente un pacchettoACK(acknowledgement,conferma) contenente lo stato della trasmissione: il mittente deve ripetere l'invio dei pacchetti mal trasmessi e di quelli che non hanno ricevuto riscontro/risposta. Per ottimizzare l'invio degliACK,si usa una tecnica dettaPiggybacking,che consiste nell'accodare ai messaggi in uscita gli ACK relativi ad unaconnessionein entrata, per ottimizzare l'uso del livello fisico. I pacchetti ACK possono anche essere raggruppati e mandati in blocchi.

Questo livello si occupa anche di controllare il flusso di dati (controllo di flusso): in caso di sbilanciamento dellavelocità di trasmissionetra mittente e destinatario, si occupa di rallentare l'operazione della macchina più veloce, accordandola all'altra e minimizzando così le perdite dovute a sovraccarico sul destinatario.

La sua unità dati fondamentale è ilframe.

A questo livello lavorano gliswitche ibridge.

Livello 3: rete (Network Layer)

Obiettivo: rendere i livelli superiori indipendenti dai meccanismi e dalle tecnologie di trasmissione usate per la connessione e prendersi carico della consegna a destinazione dei pacchetti.

È responsabile di:

• routing:scelta ottimale del percorso di rete da utilizzare per garantire la consegna delle informazioni dal mittente al destinatario, scelta svolta dalrouterattraverso dei particolarialgoritmi di Routingetabelle di routing;
• conversione dei dati nel passaggio fra una rete ed un'altra con diverse caratteristiche, come il protocollo di rete utilizzato (internet-working). Deve, quindi:
  • tradurre gli indirizzi di rete;
  • valutare la necessità di frammentare i pacchetti dati se la nuova rete ha una diversaMaximum Transmission Unit(MTU);
  • valutare la necessità di gestire diversi protocolli attraverso l'impiego digateway.

La sua unità dati fondamentale è ildatagram.

A questo livello lavorano irouter.

Livello 4: trasporto (Transport Layer)

Obiettivo: permettere un trasferimento di dati trasparente e affidabile (implementando anche un controllo degli errori e delle perdite) tra duehost.È il primo livello realmenteend-to-end,cioè da host sorgente a destinatario.

Si occupa di:

• stabilire, mantenere e terminare unaconnessione,garantendo il corretto e ottimale funzionamento della sottorete di comunicazione;
• controllo della congestione:evitare che troppi pacchetti dati arrivino allo stessoroutercontemporaneamente con effetto di perdita di pacchetti stessi.

A differenza dei livelli precedenti, che si occupano di connessioni tra nodi contigui di una rete, il Trasporto (a livello logico) si occupa solo del punto di partenza e di quello finale.

Si occupa anche di effettuare la frammentazione dei dati provenienti dal livello superiore in pacchetti, dettisegmenti,e trasmetterli in modo efficiente e affidabile usando il livello rete e isolando da questo i livelli superiori. Inoltre, si preoccupa di ottimizzare l'uso delle risorse di rete e di prevenire la congestione.

La sua unità dati fondamentale è ilsegmento,user datagramopacchetto.

Livello 5: sessione (Session Layer)

Obiettivo: controllare la comunicazione tra applicazioni. Instaurare, mantenere e abbattere connessioni (sessioni) tra applicazioni cooperanti. Si occupa anche della sincronia di invio/ricezione messaggi.

Esso consente di aggiungere ai servizi forniti dal livello di trasporto servizi più avanzati, quali la gestione del dialogo (mono o bidirezionale), la gestione deltoken(per effettuare mutua esclusione) o la sincronizzazione (inserendo dei checkpoint in modo da ridurre la quantità di dati da ritrasmettere in caso di gravi malfunzionamenti).

Si occupa anche di inserire dei punti di controllo nel flusso dati: in caso di errori nell'invio dei pacchetti, la comunicazione riprende dall'ultimo punto di controllo andato a buon fine.

Livello 6: presentazione (Presentation Layer)

Obiettivo: trasformare i dati forniti dalle applicazioni in un formato standardizzato e offrire servizi di comunicazione comuni, come lacrittografia,lacompressionedel testo e la riformattazione.

Esso consente di gestire la sintassi dell'informazioneda trasferire. E sono previste tre diverse sintassi:

• astratta(definizione formale dei dati che gli applicativi si scambiano);
• concreta locale(come i dati sono rappresentati localmente);
• di trasferimento(come i dati sono codificati durante il trasferimento).

Livello 7: applicazione (Application Layer)

Obiettivo: funzione di interfaccia tra utente e macchina.

Fornisce un insieme di protocolli che operano a stretto contatto con leapplicazioni.Potrebbe essere errato identificare un'applicazione utente come parte del livello applicazione.

I protocolli delle applicazioni tipiche di questo livello realizzano operazioni come ad esempio:

• trasferimentofile;
• terminale virtuale;
• posta elettronica.

Elenco protocolli per livello

Il Modello ISO-OSI completo con l'attraversamento deirouternellarete di accessoetrasportocon glihostagli estremi

Elenco non esaustivo di protocolli di rete e/o tecnologie appartenenti ai vari livelli ISO/OSI:

Livello 1: fisico

• Bluetooth
• DSL
• FDDI
• OTN(fibra ottica)
• RS-232
• Ultra Wide Band

Livello 2: link

• Ethernet
• Wi-Fi
• PPP
• Token ring
• ATM

Livello 3: rete

• IP
• X.25
• IPX
• ICMP

Livello 4: trasporto

• TCPeUDP(usati su IP)
• SPX(usato su IPX)

Livello 5: sessione

• NetBIOS
• SOCKS

Livello 6: presentazione

• PGP
• MIME
• ASCII

Livello 7: applicazione

• Protocolli di servizio:
  • DHCP
  • DNS
  • Fingerprotocol
  • NTP
  • SNMP
  • LDAP
• Protocolli di accesso a terminali remoti:
  • Telnet
  • SSH
• Protocolli usati per realizzare il servizio diposta elettronicaenewsgroup:
  • SMTP
  • POP
  • IMAP
  • NNTP
• Protocolli di trasferimento file:
  • FTP
  • HTTP
  • IRC
  • Gnutella

I livelli visti precedentemente sono una suddivisione concettuale, ma la loro implementazione non è uniforme; infatti il livello fisico e quello di collegamento di solito sono presenti sullascheda di interfaccia della rete,mentre il livello di rete ha un'implementazione mista hardware-software.

Confronto con il TCP/IP

Confronto tra ISO/OSI eTCP/IP

ISO/OSI è stato progettato per permettere la comunicazione in reti a "commutazione di pacchetto",del tutto simili al paradigma TCP-UDP/IP usato inUnixe nella reteARPAnet,precorritrice diInternet,paradigma quest'ultimo affermatosi come standard nell'ambito networking.

Il modello ISO/OSI non è rigido: costituisce, piuttosto, un punto di riferimento per learchitetture di retea pacchetto, che possono distanziarsi più o meno da esso. La differenza sostanziale fra TCP/IP e ISO/OSI consiste nel fatto che nel TCP/IP i livelli di presentazione e di sessione sono esterni alla pila di protocolli (cioè è un'applicazionestand-aloneche "usa" TCP/IP per comunicare con altre applicazioni). I livelli sono dunque solo quattro:

• livello di applicazione;
• livello di trasporto;
• livello di rete;
• livello di accesso alla rete.

Bibliografia

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• (EN) Gary Dickson e Alan Lloyd,Open Systems Interconnection/Computer Communications Standards and Gossip Explained,New York, Prentice-Hall, luglio 1992,ISBN0-13-640111-2.

Voci correlate

• Architettura di rete
• Management di rete
• Protocollo di rete
• Organizzazione Internazionale per le Standardizzazioni

Altri progetti

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• Wikimedia Commons

• Wikimedia Commonscontiene immagini o altri file sulmodello OSI

Collegamenti esterni

• Sito ufficiale,suiso.org.
• (EN)Opere riguardanti Modello OSI,suOpen Library,Internet Archive.
• (EN) Denis Howe,Open Systems Interconnection,inFree On-line Dictionary of Computing.Disponibile con licenzaGFDL
• (EN)35.100 - Open systems interconnection (OSI),suiso.org,Organizzazione internazionale per la normazione.
• (EN)ITU-T Recommendation X.200 (11/93) [ISO/IEC 7498-1:1994],suitu.int,ITU-T.
• (EN)Open System Interconnection,sudocwiki.cisco,Cisco Systems.URL consultato il 27 settembre 2017(archiviato dall'url originaleil 6 settembre 2015).

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