L'assemblaggio dei pezzi fisici di una rete di computer da solo non è sufficiente per farlo funzionare; i dispositivi collegati richiedono anche un metodo di comunicazione. Questi linguaggi di comunicazione sono chiamati protocolli di rete.
Scopo dei protocolli di rete
Senza protocolli, i dispositivi non sarebbero in grado di comprendere i segnali elettronici che si scambiano tramite connessioni di rete. I protocolli di rete servono queste funzioni di base:
- Indirizza i dati ai destinatari corretti.
- Trasmetti fisicamente i dati dalla sorgente alla destinazione, con protezione di sicurezza se necessario.
- Ricevi messaggi e invia risposte in modo appropriato.
Considera un confronto tra i protocolli di rete e il modo in cui un servizio postale gestisce la posta cartacea fisica. Proprio come il servizio postale gestisce le lettere provenienti da molte fonti e destinazioni, i protocolli di rete fanno sì che i dati fluiscano continuamente lungo molti percorsi.
A differenza della posta fisica, tuttavia, i protocolli di rete forniscono funzionalità avanzate. Questi includono la consegna di un flusso costante di messaggi a una destinazione (chiamata streaming) e la creazione automatica di copie di un messaggio per la consegna a più destinazioni contemporaneamente (chiamata trasmissione).
Tipi comuni di protocolli di rete
Non esiste un protocollo che supporti tutte le funzionalità di cui ogni rete di computer ha bisogno. Tuttavia, ciascuno funge da chiave che sblocca un determinato dispositivo o servizio di rete. Nel corso degli anni sono stati inventati diversi protocolli di rete, ognuno dei quali tenta di supportare determinati tipi di comunicazione di rete.
Le tre caratteristiche di base che distinguono un tipo di protocollo da un altro sono:
- Simplex vs. duplex: una connessione simplex consente a un solo dispositivo di trasmettere su una rete. Le connessioni di rete duplex consentono ai dispositivi di trasmettere e ricevere dati attraverso lo stesso collegamento fisico.
- Orientato alla connessione o senza connessione: un protocollo di rete orientato alla connessione scambia (un processo chiamato handshake) informazioni sull'indirizzo tra due dispositivi che consentono loro di portare avanti una conversazione (chiamata una sessione). I protocolli senza connessione consegnano i singoli messaggi da un punto all' altro indipendentemente da messaggi simili inviati prima o dopo (e senza sapere se i messaggi sono stati ricevuti correttamente).
- Layer: i protocolli di rete in genere lavorano insieme in gruppi (chiamati stack perché i diagrammi spesso raffigurano i protocolli come scatole impilate l'una sull' altra). Alcuni protocolli funzionano a livelli inferiori strettamente legati al modo in cui funzionano fisicamente i diversi tipi di cablaggio wireless o di rete. Altri funzionano a livelli più alti collegati al funzionamento delle applicazioni di rete e alcuni funzionano a livelli intermedi intermedi.
La famiglia di protocolli Internet
I comuni protocolli di rete in uso pubblico appartengono alla famiglia dei protocolli Internet. IP è il protocollo di base che consente alle reti domestiche e ad altre reti locali su Internet di comunicare tra loro.
IP funziona bene per spostare singoli messaggi da una rete all' altra. Non supporta il concetto di conversazione (una connessione su cui un flusso di messaggi può viaggiare in una o entrambe le direzioni). Il Transmission Control Protocol (TCP) estende l'IP con questa capacità di livello superiore. Poiché le connessioni point-to-point sono essenziali su Internet, i due protocolli sono accoppiati e conosciuti come TCP/IP.
Sia TCP che IP operano negli strati intermedi di uno stack di protocolli di rete. Le applicazioni più diffuse su Internet hanno talvolta implementato i loro protocolli su TCP/IP. HyperText Transfer Protocol è utilizzato da browser Web e server in tutto il mondo. TCP/IP, a sua volta, funziona su tecnologie di rete di livello inferiore come Ethernet. Altri protocolli di rete popolari della famiglia IP includono ARP, ICMP e FTP.
Come i protocolli di rete utilizzano i pacchetti
Internet e la maggior parte delle altre reti di dati funzionano organizzando i dati in piccoli frammenti chiamati pacchetti. Per migliorare le prestazioni e l'affidabilità della comunicazione, ogni messaggio di grandi dimensioni inviato tra due dispositivi di rete è spesso suddiviso in pacchetti più piccoli dall'hardware e dal software sottostanti. Queste reti a commutazione di pacchetto richiedono che i pacchetti siano organizzati in modi specifici in base ai protocolli supportati dalla rete. Questo approccio funziona bene con la tecnologia delle reti moderne poiché gestiscono i dati sotto forma di bit e byte (1 e 0 digitali).
Ogni protocollo di rete definisce le regole su come devono essere organizzati i suoi pacchetti di dati. Poiché protocolli come Internet Protocol spesso lavorano insieme a strati, alcuni dati incorporati all'interno di un pacchetto formattato per un protocollo possono essere nel formato di un altro protocollo correlato (un metodo chiamato incapsulamento).
I protocolli in genere dividono ogni pacchetto in tre parti: intestazione, carico utile e piè di pagina. Alcuni protocolli, come IP, non utilizzano i piè di pagina. Le intestazioni e i piè di pagina dei pacchetti contengono le informazioni contestuali necessarie per supportare la rete, inclusi gli indirizzi dei dispositivi di invio e ricezione. I payload contengono i dati da trasmettere.
Le intestazioni oi piè di pagina spesso includono dati speciali per migliorare l'affidabilità e le prestazioni delle connessioni di rete, come contatori che tengono traccia dell'ordine in cui sono stati inviati i messaggi e checksum che aiutano le applicazioni di rete a rilevare il danneggiamento o la manomissione dei dati.
Come i dispositivi di rete utilizzano i protocolli
I sistemi operativi dei dispositivi di rete includono il supporto integrato per alcuni protocolli di rete di livello inferiore. Tutti i moderni sistemi operativi per computer desktop supportano Ethernet e TCP/IP, ad esempio. Molti smartphone supportano Bluetooth e protocolli della famiglia Wi-Fi. Questi protocolli si connettono alle interfacce di rete fisiche di un dispositivo, come le sue porte Ethernet e le radio Wi-Fi o Bluetooth.
Le applicazioni di rete supportano i protocolli di livello superiore che comunicano con il sistema operativo. Un browser web, ad esempio, traduce indirizzi come https://lifewire.com/ in pacchetti HTTP che contengono i dati che un server web può ricevere e rimandare alla pagina corretta. Il dispositivo ricevente è responsabile del rimontaggio dei singoli pacchetti nel messaggio originale rimuovendo le intestazioni e i piè di pagina e concatenando i pacchetti nella sequenza corretta.
