I modelli a livelli delle reti: OSI e TCP/IP

Ogni livello svolge compiti specifici e offre servizi al livello superiore, collaborando con gli altri. Due host che usano la stessa architettura hanno livelli corrispondenti, detti peer entity, che comunicano seguendo un protocollo, cioè un insieme di regole sugli scambi di informazioni. Grazie alla modularità un livello può essere modificato senza toccare gli altri, purché l'interfaccia resti invariata. I livelli dialogano tramite primitive, usate per richiedere e fornire servizi: per la connessione si hanno Connect Request (richiesta del mittente, con parametri come l'host e la dimensione massima dei pacchetti), Connect Indication (segnalazione ricevuta dal destinatario), Connect Response (accettazione o rifiuto) e Connect Confirm (esito comunicato al mittente). Durante la trasmissione ogni livello aggiunge al messaggio un'intestazione (header) con le informazioni utili alle sue funzioni: è l'incapsulamento. Nell'host destinatario avviene il processo inverso, e ogni livello rimuove e interpreta il proprio header. Nell'esempio a cinque livelli, i livelli 5 e 1 non aggiungono header: il 5 è il punto di origine dei dati, il 1 trasmette fisicamente sul mezzo.

Il modello OSI ha sette livelli. Il livello fisico (1) trasmette i bit e definisce le caratteristiche del mezzo e delle connessioni, la trasformazione dei bit in segnali elettrici, ottici o radio, velocità, sincronizzazione e topologia fisica; usa componenti delle schede di rete (NIC) e hub. Il Data Link (2) gestisce la comunicazione nella stessa rete locale con gli indirizzi MAC, organizza i dati in frame, rileva errori e regola accesso al mezzo e flusso; usa switch, bridge e access point. Il Network (3) permette la comunicazione anche tra reti diverse: organizza i dati in pacchetti, usa indirizzi logici come gli IP e determina il percorso (routing); dispositivo principale è il router. Il Transport (4) gestisce la comunicazione end-to-end dal processo mittente al processo destinatario: usa i numeri di porta, divide i dati in segmenti e li ricompone, può essere connection-oriented o connectionless, controlla il flusso e può rilevare dati persi, duplicati o non corretti. I protocolli principali sono TCP e UDP.

Il livello Sessione (5) coordina il dialogo tra le applicazioni: apre, gestisce e chiude le sessioni, permette di interromperle e riprenderle e usa checkpoint per ripartire da un punto stabilito dopo un'interruzione. Il livello Presentazione (6) rende i dati comprensibili ai sistemi: traduce in un formato comune, cifra e decifra i dati con la crittografia, e li comprime per ridurne la quantità. Il livello Applicazione (7) è il più vicino all'utente e dà accesso ai servizi di rete, come navigazione Web, posta elettronica, trasferimento di file, risoluzione dei nomi (DNS) e accesso remoto. La sua PDU si chiama messaggio.

Nel 1983 TCP/IP è diventata l'architettura di riferimento di Internet. Ha quattro livelli. Il livello fisico, spesso detto Network Access Layer, permette di usare risorse di rete diverse e comprende Physical, Data Link e in parte Network di OSI, solo per il funzionamento della singola rete. Il livello Network, o IP Layer, si occupa di instradamento e interconnessione delle reti (Internetwork) con servizio connectionless. Il livello Transport, o TCP Layer, offre con TCP un servizio connection-oriented, mentre UDP è connectionless. Il livello Application riunisce gli ultimi tre livelli OSI e realizza servizi come posta elettronica, web e trasferimento file. Il protocollo IP si è evoluto: IPv4 usa indirizzi a 32 bit, è diffuso ma con spazio limitato; IPv5 fu sperimentale e non adottato; IPv6 usa indirizzi a 128 bit, con uno spazio molto più ampio. Per ogni livello: Application usa HTTP, SMTP, FTP, VoIP, DNS, con messaggi e identificatori come URI, indirizzo email, nome di dominio; Transport usa TCP e UDP con segmenti o datagram e numeri di porta; Network usa IP con pacchetti, indirizzi IP e router; Physical usa Ethernet e Wireless con frame, indirizzi MAC e NIC, hub, switch, access point.