Funzionamento dei livelli del modello TCP/IP nelle reti di telecomunicazioni

I requisiti di progetto indicati dal Ministero della Difesa statunitense portarono alla scelta di una rete a commutazione di pacchetto basata su un livello non orientato alla connessione. Questo livello, chiamato livello internet, è il perno che mantiene assieme tutta l’architettura. Il suo compito è permettere a un host di inserire pacchetti in una qualsiasi rete in modo che questi possano viaggiare, indipendentemente uno dall’altro, verso la destinazione. Essi possono arrivare anche in un ordine diverso rispetto a quello con cui erano stati inviati: sarà compito di qualche livello superiore riordinarli.

Al posto dei sette livelli previsti dal modello generale OSI, il modello TCP/IP prevede solo 4 livelli, con i seguenti compiti fondamentali:

1. il livello di applicazione (application) si occupa dei dettagli legati alla particolare applicazione;
2. il livello di trasporto (trasport) è il primo che si occupa di gestire il flusso di dati a livello end-to-end (ossia tra i due estremi della connessione). Il modello TCP/IP prevede due differenti protocolli per questo livello: il TCP (Transmission Control Protocol) è un protocollo affidabile ed orientato alla connessione, mentre invece UDP (User Datagram Protocol) è un protocollo non affidabile e non orientato alla connessione;
3. il livello internet si occupa del “movimento” dei pacchetti all’interno della rete. In particolare, questo compito è affidato primariamente al protocollo IP (Internet Protocol), eventualmente affiancato dall’ICMP (Internet Control Message Protocol) e dall’IGMP (Internet Group Management Protocol). Il protocollo IP deve fondamentalmente scegliere il cammino dei pacchetti verso la destinazione; secondariamente, deve prendere anche alcuni provvedimenti per evitare condizioni di congestione della rete;
4. il livello fisico (network link) si occupa infine di tutti i dettagli per l’interfaccia con il mezzo fisico utilizzato per la comunicazione; il modello TCP/IP non dice molto a proposito di quanto avviene a questo livello, limitandosi a specificare che l’host deve connettersi alla rete utilizzando un qualunque protocollo in grado di inviare pacchetti IP lungo di essa; questo protocollo varia da host a host e da rete a rete.

Dettagli del livello network e internet

Il livello network OSI, che nel modello TCP/IP prende il nome di livello internet, si occupa di trasmettere pacchetti dalla sorgente verso la destinazione. Per raggiungere la destinazione, può essere necessario attraversare diversi nodi intermedi lungo il percorso. Tale livello assolve dunque ad una funzione chiaramente diversa da quella del livello inferiore (data link), il quale ha il compito più modesto di trasportare pacchetti da un estremo all’altro di un cavo. Quindi, il livello rete è il più basso tra i livelli che si occupano di trasmissione punto-a-punto.
Per raggiungere i suoi obiettivi, il livello rete deve avere informazioni sulla topologia della rete di comunicazione, in modo da scegliere i percorsi appropriati attraverso di essa. Deve inoltre fare attenzione a scegliere i percorsi in modo tale da non sovraccaricare parte delle linee di comunicazione e dei nodi intermedi, così da evitare situazioni di congestione. Inoltre, qualora il mittente e il destinatario appartengano a reti differenti, è compito del livello rete tenere conto di questa differenza e risolvere i problemi causati da essa.
I servizi del livello rete vengono generalmente progettati tenendo conto di due fondamentali obiettivi: devono essere indipendenti dalla tecnologia e dalla rete ed il livello di trasporto deve essere indipendente dal numero, dal tipo e dalla topologia delle reti presenti.
Nel caso specifico del livello internet previsto dal modello TCP/IP, esso ha il compito fondamentale di fornire un meccanismo best-effort per trasportare pacchetti dalla sorgente alla destinazione, indipendentemente dall’esistenza di reti intermedie lungo il percorso e dal fatto che le singole “macchine” appartengano oppure no alla stessa destinazione.