Nel mondo interconnesso di oggi, la comunicazione tra dispositivi digitali avviene grazie a un sistema complesso di regole chiamate protocolli di rete. Una suite di protocolli è un insieme coordinato di protocolli di comunicazione, ciascuno progettato per svolgere funzioni specifiche. Questi protocolli lavorano in sinergia per garantire che i dati possano essere trasmessi correttamente attraverso reti diverse, dal mittente al destinatario. Per comprendere come i protocolli interagiscono, è utile visualizzarli come una struttura a strati, chiamata “stack di protocolli”.
Il modello ISO/OSI è un quadro concettuale utilizzato per descrivere il modo in cui i dati vengono trasmessi su una rete. Sviluppato dall'International Organization for Standardization (ISO) nel 1984, è ora ampiamente accettato come modello standard per le comunicazioni di rete. Il modello OSI comprende sette livelli distinti. Il livello di trasporto (livello 4) è il "cuore dell'OSI" e gestisce tutte le comunicazioni di dati tra reti e sistemi. Il livello di applicazione è il livello OSI più vicino all'utente finale e fornisce protocolli che consentono alle applicazioni di inviare e ricevere dati.
Il singolo pacchetto, unità dell'informazione della rete, durante il viaggio da un host all'altro percorre in ordine tutti i livelli sottostanti (livelli del Modello OSI) fino ad arrivare all'ultimo (livello Fisico) e poi risale al livello Applicazione dell'host di destinazione. Il pacchetto, nel percorrere la schiera dei livelli OSI, subisce il principio dell'incapsulamento e di decapsulamento: ad ogni livello vengono incorporate informazioni proprie e uniche del livello attraversato.
Una volta arrivato l'host di destinazione, nel risalire la struttura, il pacchetto viene decapsulato dai vari livelli, spogliato delle informazioni aggiuntive e si recupera l'informazione originale. Perciò, in ogni livello, il pacchetto assume nomi identificativi differenti. Al livello di Trasporto, in cui opera il TCP, il pacchetto è detto segmento TCP.
Il Protocollo TCP (Transmission Control Protocol) si colloca nel livello di Trasporto del Modello OSI e ha come scopo principale garantire il trasporto affidabile del pacchetto. Il servizio di trasporto è uno dei più importanti e rilevanti dell'intera trasmissione. In molti contesti si incontra la dicitura TCP/IP, poiché nel modello OSI il livello di trasporto è superiore al livello di Rete, dove è definito l'IP (Internet Protocol).
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Il protocollo IP, a differenza del TCP, è un protocollo molto più semplice dedicato a smistare le informazioni sulla rete. In pratica, i due modelli, OSI e TCP/IP, sono complementari: OSI fornisce una visione teorica a sette livelli, mentre TCP/IP è una pila pratica a quattro o cinque livelli utilizzata in Internet.
Nel modello TCP/IP, invece, spesso il livello di sessione, presentazione e applicazione sono accorpati nell'unico livello di Applicazione, mentre Fisico e Data Link sono combinati nel livello di Network Access. In questo modo si ottiene una pila a 4 livelli: Applicazione, Trasporto, Rete e Accesso alla Rete. Per una visualizzazione più pratica, esiste anche una versione 5 livelli che separa meglio gli strati di presentazione e sessione dall'applicazione.
Quando i dati escono dall'applicazione, attraversano la presentazione e poi il livello di Trasporto, dove vengono suddivisi in segmenti e a ciascun segmento viene associata un'intestazione con i numeri di porta e altre informazioni di controllo. Il livello Data Link incapsula i segmenti in frame con indirizzi MAC e una coda di controllo. Al livello fisico, i bit vengono trasportati sul mezzo e, una volta arrivati, i processi di decapsulamento procedono al contrario fino a restituire i dati originali all'applicazione destinataria.
L'incapsulamento prevede anche il concetto di Multiplexing: ogni livello aggiunge al flusso dati dei bit "extra" che permettono al destinatario di decodificare correttamente i dati dall'header del livello sottostante. Questo è essenziale affinché i pacchetti possano viaggiare attraverso reti eterogenee senza perdita di informazione.
Nella rete, i dati viaggiano tra nodi identificate da indirizzi logici. A livello di rete, gli indirizzi IP guidano l'instradamento, mentre a livello di collegamento dati sono utilizzati gli indirizzi MAC per la comunicazione all'interno della stessa rete. Quando si passa tra reti diverse, i gateway svolgono la funzione di ponte. La frammentazione dei pacchetti viene gestita per ottimizzare l'instradamento: la ricomposizione finale avviene sull'host destinatario, non sui router, per evitare sovraccarichi.
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La maschera di sottorete delineano la parte identità di rete e la parte identificante l'host all'interno della rete. L'IP Address, insieme a subnet mask, determina se due host si trovano sulla stessa rete o se devono essere instradati verso un gateway. In una rete Ethernet, ad esempio, un pacchetto IP viene incapsulato in un frame Ethernet quando la sorgente e la destinazione sono nella stessa rete.
Al livello 7, che corrisponde all'Application nel modello OSI, convivono numerosi protocolli che consentono la comunicazione end-to-end tra le applicazioni. La sicurezza a questo livello è fondamentale per proteggere dati sensibili e mantenere la disponibilità dei servizi. Attacchi di livello applicativo mirano a vulnerabilità dell'applicazione, come input mal convalidati o configurazioni non sicure. I WAF (Web Application Firewall) operano a livello di applicazione per monitorare e filtrare traffico dannoso e, in ambienti cloud-nativi, strumenti come Kubernetes forniscono meccanismi integrati di sicurezza di rete al livello applicativo. I bilanciatori di carico di livello 7 analizzano il contenuto del messaggio e possono prendere decisioni complesse di instradamento basandosi su intestazioni HTTP, cookie e dati dell'applicazione stessa.
Il modello OSI è un quadro teorico utile per comprendere l'interazione tra protocolli, ma nella pratica non è stato implementato integralmente. La suite Internet (TCP/IP) è diventata lo standard de facto per le reti moderne. Il modello TCP/IP presenta quattro livelli principali (Accesso alla rete, Internet, Trasporto, Applicazione) o, in una versione 5 livelli, una separazione più marcata tra applicazione e trasporto. In entrambi i casi, TCP/IP è stato progettato per offrire una base funzionale ed efficiente per l'Internet moderna, spesso superando le limitazioni teoretiche del modello OSI.
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