Protocolli di rete e architettura a livelli

Protocolli di rete

Un protocollo di rete è un insieme di regole che stabilisce come due o più dispositivi devono comunicare tra loro. Queste regole definiscono il formato dei messaggi, l’ordine in cui vengono scambiati e il comportamento da seguire in caso di errori o risposte mancanti (International Telecommunication Union [ITU], 1994; Kurose & Ross, 2026).
Un protocollo di comunicazione si può definire come un insieme di regole che vengono stabilite per instaurare una comunicazione corretta: ad esempio, due persone di madrelingua diversa potrebbero mettersi d’accordo nell’utilizzo della lingua inglese per comunicare.
In particolare, un protocollo prevede la definizione dei linguaggi costituiti dai messaggi scambiati, messaggi che devono potersi interpretare correttamente (ITU, 1994).

L’aderenza ai protocolli garantisce che due software in esecuzione su diverse macchine possano comunicare efficacemente, anche se sono stati realizzati indipendentemente; i protocolli garantiscono cioè l’interoperabilità (Braden, 1989; Carpenter, 1996).
L’interoperabilità è la capacità di un sistema o di un prodotto informatico di cooperare e di scambiare informazioni o servizi con altri sistemi o prodotti (Braden, 1989). 
L’obiettivo dell’interoperabilità è dunque facilitare l’interazione fra sistemi differenti.

L’implementazione informatica dei protocolli di rete definisce, all’interno dell’architettura di rete, il cosiddetto software di rete, implementato da software e hardware: il sistema operativo, i driver di rete, le applicazioni e, per alcuni compiti, anche la scheda di rete (Braden, 1989).

Per diminuire la complessità, la maggior parte delle reti è organizzata in una pila di protocolli (layer) o strati, costruiti uno sull’altro (ITU, 1994; Kurose & Ross, 2026).
Ogni livello offre servizi al livello superiore e nasconde i dettagli tecnici di come quei servizi vengono realizzati (ITU, 1994).

Quando il livello n all’interno di un computer è in comunicazione con il livello n di un altro computer, le regole e le convenzioni usate in questa comunicazione sono globalmente note come protocolli del livello (ITU, 1994). 
Le entità che formano i livelli di pari grado sui diversi computer sono chiamate peer (ITU, 1994). 
In altri termini, sono i peer che comunicano fra di loro usando un protocollo (ITU, 1994).
Se il livello n di un computer deve comunicare con il livello n di un altro computer, il mittente passa le informazioni al livello n-1 fino a raggiungere il livello più basso, solitamente quello fisico, dove effettivamente c’è il trasferimento delle informazioni. Queste passano poi attraverso i livelli del destinatario fino ad arrivare al livello n (ITU, 1994).
L’insieme dei livelli e dei protocolli si chiama architettura di rete (ITU, 1994).

Esempio
Per comprendere i meccanismi basilari di funzionamento dell’architettura di rete si può pensare alla seguente analogia: un filosofo indiano vuole conversare con un filosofo africano, ma i due non parlano la stessa lingua.
Ciascun filosofo si affida allora a un traduttore: i due traduttori si accordano per usare l’inglese come lingua comune. 
Ciascun traduttore, a sua volta, consegna il testo alla propria segretaria, e le due segretarie si accordano per trasmetterlo via fax.
La comunicazione avviene quindi così: il filosofo indiano esprime la sua idea al proprio traduttore; il traduttore la converte in inglese e la passa alla segretaria; la segretaria la invia via fax. 
Dall’altra parte, la segretaria riceve il fax e lo consegna al traduttore, che traduce il testo dall’inglese nella lingua del filosofo africano e glielo consegna.
Ogni livello dialoga idealmente con il suo pari: i filosofi si scambiano idee, i traduttori si scambiano testi in inglese, le segretarie si scambiano fax. In realtà, però, nessun livello comunica direttamente con l’altro capo: ogni livello passa il messaggio al livello inferiore, finché la trasmissione fisica avviene al livello più basso.
Da notare che la comunicazione non potrebbe esistere senza un accordo tra i pari di ogni livello: l’inglese tra i traduttori, il fax tra le segretarie. Questi accordi sono i protocolli. Ogni livello, inoltre, può cambiare il proprio accordo senza disturbare gli altri: se i traduttori passassero dall’inglese al francese, o le segretarie dal fax all’email, i filosofi non se ne accorgerebbero nemmeno (ITU, 1994).

Internet è strutturato in questi livelli in questo ordine (Kurose & Ross, 2026):

Quando i dati passano da un livello a quello inferiore, vengono incapsulati. Questo significa che ogni livello prende i dati ricevuti dal livello superiore e aggiunge un proprio header, cioè una parte iniziale con informazioni di controllo (Kurose & Ross, 2026).

Il contenuto ricevuto dal livello superiore diventa il payload, cioè il carico utile, della nuova unità di dati. In questo modo, ogni livello aggiunge le informazioni necessarie per svolgere il proprio compito (Kurose & Ross, 2026).

Questa nuova unità diventa il pacchetto da trasmettere al livello sottostante (Kurose & Ross, 2026).