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Internet : architettura e protocolli

Pubblicato da il giorno 14 luglio 2011

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Visto che nel mio precedente articolo, a quanto pare, sono riuscito a incuriosire qualcuno (e questo mi fa estremamente piacere), torniamo a parlare di Internet. Come vi dicevo, dopo aver chiarito a grandi linee su cosa viaggia tutta la montagna di informazioni che quotidianamente ci scambiamo, cerchiamo di capire adesso in che modo tutto ciò avviene.
Questa volta introdurrò il concetto di protocollo, fondamentale per una rete di calcolatori e in particolare per internet; inoltre tenterò di dare un’idea generale della stratificazione, caratteristica principale e di estrema importanza dell’architettura della rete.

I protocolli di rete

L’ utilizzo di protocolli non è certo una specifica esclusiva del networking. L’uomo stesso ne fa largo uso nella propria quotidianità.
Perché allora li utilizziamo? Qual è questa analogia che li rende adatti tanto alle interazioni umane quanto a quelle fra dispositivi di rete? La risposta ad entrambe le domande deve necessariamente passare attraverso la definizione propria di protocollo che è la seguente :

Un protocollo definisce il formato e l’ordine dei messaggi scambiati tra due entità in comunicazione, come pure le azioni svolte a seguito della trasmissione e/o ricezione di detti messaggi o di altri eventi. 

A questo punto possiamo trovare risposta ai nostri interrogativi precedenti. Due entità, siano esse umane o di rete, inviano specifici messaggi o compiono particolari azioni in risposta a messaggi o ad altri eventi (come ad esempio nessuna risposta entro un certo lasso di tempo).
Tutto ciò è necessario per far si che le due entità si capiscano, in parole povere “parlino lo stesso linguaggio“. Come vedremo, questo concetto è fondamentale per una qualsiasi rete di calcolatori, dove le macchine coinvolte, in generale, possono essere piuttosto diverse tra loro, sia in termini di hardware che le compongono, sia in termini di software che girano su di esse.
Come forse è ovvio, per soddisfare diverse esigenze di comunicazione si usano protocolli diversi. Ma non solo, Internet ne fa uso praticamente in tutti i suoi ambiti di lavoro, o sarebbe meglio dire, in tutti i suoi strati.

Parola chiave? … Stratificazione

Ora cercheremo di capire perché  l’architettura della rete si definisce ‘stratificata’. Più specificamente diremo quali vantaggi fondamentali questa organizzazione  garantisce a progettisti e sviluppatori di applicazioni per internet.
Il punto è questo : ogni strato implementa alcune funzionalità e offre determinati servizi al livello soprastante, utilizzando quanto gli viene messo a disposizione (sempre in termini di servizi) dallo strato che gli è immediatamente sotto. 

Innanzi tutto, questo ci permette di discutere (e se vorrete lo faremo) in maniera esauriente una parte ben definita di un sistema estremamente complesso come quello con cui abbiamo a che fare.
Inoltre, e dovrei dire soprattutto, essa fornisce un fondamentale vantaggio.
Finchè uno strato garantisce gli stessi servizi a quello soprastante, e utilizza gli stessi servizi forniti da quello sottostante, è possibile variare la sua implementazione (cioè come è “fatto” lo strato) senza che venga modificata la parte rimanente del sistema.
Capite la potenza di questa organizzazione? In un sistema così grande, così complesso e così “distribuito” come è quello della rete internet il poterne cambiare un ‘pezzo’ senza influenzare gli altri rappresenta senza ombra di dubbio un cardine imprescindibile.

La pila protocollare di Internet

Dopo aver spiegato in maniera generale l’architettura della rete, torniamo a parlare di protocolli, e vediamo come essi si ‘fondano’ con questa architettura. Per farlo, osserviamo la figura sopra procedendo dall’alto verso il basso. Innanzi tutto uno strato protocollare può essere implementato dal software, dall’hardware o da una combinazione di entrambi.
Pensiamo ad esempio a protocolli dello strato applicativo come http (utilizzato dal world wide web), smtp (posta elettronica) o altri. Essi sono generalmente implementati dal software nei terminali (host), come pure accade ai protocolli dello strato di trasporto (tcp, udp). Al contrario nei due livelli più bassi (fisico e collegamento) essi sono implementati in genere in una scheda di interfaccia di rete (e quindi da un ‘pezzo’ d’hardware). Infine lo strato intermedio mostra solitamente un’implementazione mista.
Ma come viaggiano i dati?

Strato di applicazione

E’ responsabile del supporto delle applicazioni della rete. Esse comprendono molti protocolli come http (supporta il web) , smtp (posta elettronica), ftp (che supporta il trasferimento di file) e tanti altri.

Strato di trasporto

Fornisce il servizio del trasporto dei messaggi (ora segmenti)  dello strato applicativo fra le estremità client e server di un’applicazione. In internet i protocolli di questo livello sono tcp e udp. Nonostante entrambi possano trasportare i messaggi dello strato soprastante, presentano invece notevoli differenze nei servizi che loro stessi offrono.

Strato di rete

Si occupa dell’instradamento dei messaggi (ora chiamati datagram) da un host all’altro. Ha un protocollo, ip,  che instrada i datagram attraverso una serie di router fra la sorgente e la destinazione. Tutti i componenti che hanno uno strato di rete, in internet, devono impiegare il protocollo ip.

Strato di collegamento

Per muovere un pacchetto (ora frame) da un nodo (host o router) al successivo sul percorso, lo strato di rete delega il servizio allo strato di collegamento. I servizi forniti da questo strato dipendono dallo specifico protocollo impiegato su ogni link. Ne esistono moltissimi, dei quali ethernet o ppp sono solo i più conosciuti.

Strato fisico

Il compito di questo ultimo strato è quello di muovere singoli bit all’interno della rete da un nodo al successivo. Anche i protocolli di questo strato sono dipendenti dal link, e anche dai mezzi trasmissivi del link (doppino, cavo coassiale, fibra ottica).

Conclusioni

Ricapitolando, abbiamo cercato di capire cosa sia un protocollo di rete, e perché è così importante nel vasto mondo di internet.
Abbiamo inoltre descritto a grandi linee come è fatta l’architettura di questa rete, a strati, mettendo alla luce gli enormi vantaggi che un’organizzazione di questo tipo offre agli ‘addetti ai lavori’ e non solo.
Ovviamente, ci sarebbe ancora moltissimo da dire su entrambi gli argomenti, come pure si potrebbero approfondirne molti altri.

Se anche questo breve spaccato ha suscitato il vostro interesse provate a darmi qualche consiglio su  cosa approfondire, o se c’è qualcosa che vi siete sempre chiesti e che non ha mai trovato una risposta esauriente. Nel prossimo articolo mi piacerebbe provare ad aiutarvi in tal senso.

To be continued…?

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Laureando in Ingegneria Informatica, mi piace la tecnologia in generale e il progresso che essa porta con se. Soddisfattissimo utente finale Apple, ma soprattutto amante della sua filosofia di prodotto. L'altra cosa di cui non potrei fare a meno è la pallacanestro. Gioco da quando avevo sei anni, e finche le mie gambe (per ora sopravvissute a due interventi al crociato) me lo permetteranno, non ho intenzione di smettere. Che altro? Ah si, mi piace anche cucinare...

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  • http://www.facebook.com/profile.php?id=1823555668 KingMac Eros Bruno

    Ti stai laureando in Ingegneria Informatica?! fantastico… mi piacerebbe sapere che scuola superiore hai fatto perché io vorrei diventare web master… in quanto all’articolo è molto interessante anche se un po complicato… To Be Continued? Yes!

    • http://twitter.com/#!/trillups Trillups

      Ciao! Si, ingegneria informatica…ormai ci siamo quasi! Quanto alla scuola superiore, io ho fatto lo scientifico, ma ciò non toglie che anche provenendo da altre scuole tu possa inseguire questo tuo obiettivo…non mollare eh?
      Per il resto mi rendo conto che l’articolo è per forza di cose un po’ ‘tecnico’, ho cercato di renderlo più semplice possibile ma non sempre ci si riesce  appieno. Ascolta, se c’è qualcosa che non ti è chiaro scrivimelo pure (o qui oppure il mio twitter è facilissimo da trovare, basta che clicchi sul mio nome) e cercherò di spiegarlo meglio…inoltre, se c’è qualcosa che ti interessa particolarmente e che vuoi venga spiegata nel prossimo articolo, non esitare a dirla!
      Saluto!

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