Ovviamente, sebbene il principio di funzionamento teorico sia molto intuitivo, al contrario, quello reale non è così semplice. Infatti, affinché un pacchetto di partenza riesca a partire da un host Client ed arrivare intatto e senza perdita di informazione (se così non fosse, implicherebbe conseguenze poco gradevoli) al Server, così come il pacchetto di ritorno, è chiaro immaginare che a sostegno di questa trasmissione ci sia un meccanismo che ne garantisca il corretto funzionamento: questo meccanismo di comunicazione è definito come Modello ISO/OSI (International Standardization Organization / Open Systems Interconnection).
Questo modello, infatti, struttura il web e le trasmissioni in maniera modulare, allo scopo di semplificare l'intera comunicazione tra due host. Il singolo pacchetto, unità dell'informazione della rete, lungo il suo viaggio dall'host mittente all'host destinatario attraversa in ordine tutti i livelli sottostanti (dall'Applicazione al Fisico) e poi ripercorre la strada al contrario fino a raggiungere il Livello Applicazione. Il pacchetto, nel percorrere la schiera dei livelli OSI, subisce il principio dell'incapsulamento e di decapsulamento, incorporando informazioni proprie di ciascun livello attraversato.
Una volta arrivato all'host di destinazione, nel risalire la struttura, il pacchetto viene decapsulato dai vari livelli, spogliato delle informazioni aggiuntive fino ad estrarre il pacchetto originale. Perciò, in ogni livello, il pacchetto assume nomi identificativi differenti. Al livello di Trasporto, in cui opera il TCP, il pacchetto viene detto segmento TCP. Affinché tutto funzioni, ogni livello deve offrire il proprio servizio al livello sottostante o sovrastante in maniera corretta: se tutti i livelli svolgono il proprio ruolo, l'intera struttura garantisce la trasmissione corretta del pacchetto, conferendo al Modello OSI robustezza e affidabilità.
In questo contesto nasce l'esigenza di protocolli per ciascun livello del Modello OSI. Un Protocollo è un insieme di regole di comunicazione per la scrittura e la lettura delle informazioni, che permettono a due livelli di eguale posizione di comunicare senza ambiguità. Il Protocollo TCP (Transfer Control Protocol) si colloca nel livello di Trasporto del Modello OSI e ha lo scopo di garantire il trasporto affidabile del pacchetto. Il servizio di trasporto è uno dei più importanti dell'intera trasmissione; spesso si cita TCP/IP perché, all'interno del Modello OSI, il livello di Trasporto è superiore al livello di Rete, dove è definito il protocollo IP (Internet Protocol).
Il protocollo IP, a differenza del TCP, è molto più semplice e dedicato a smistare le informazioni sulla rete. Il modello TCP/IP è il metodo predefinito di comunicazione dei dati su Internet, sviluppato originsamente dal Department of Defense degli Stati Uniti per consentire una trasmissione accurata dei dati tra i dispositivi. Esso suddivide i messaggi in pacchetti, per evitare di inviare nuovamente l'intero messaggio in caso di problema durante la trasmissione, e i pacchetti vengono riassemblati automaticamente una volta raggiunta la destinazione. Il TCP/IP divide le attività di comunicazione in livelli che mantengono il processo standardizzato, evitando che fornitori di hardware/software gestiscano tutto autonomamente.
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Come protocollo basato sulla connessione, il TCP stabilisce e mantiene una connessione tra applicazioni o dispositivi fino a quando non terminano lo scambio di dati, determinando come il messaggio originale debba essere suddiviso in pacchetti e numerato, li riassembla e li invia ai dispositivi sulla rete. Per avviare il processo, il livello TCP nel server divide il messaggio in pacchetti, li numera e li inoltra al livello IP, che trasporta ogni pacchetto al server di destinazione. Il modello TCP/IP utilizza un handshake a tre vie per stabilire una connessione tra dispositivi, garantendo che più collegamenti socket TCP possano essere trasferiti simultaneamente in entrambe le direzioni.
Che cos'è il modello OSI? Il modello OSI è un modello concettuale che rappresenta lo stack del protocollo di rete. Ogni livello svolge un ruolo importante e le informazioni scambiate tra i livelli sotto forma di unità di dati di protocollo (PDU), che variano in base al livello. Presentazione, sessione, applicazione, trasporto, rete, collegamento dati e fisico formano la gerarchia di sette livelli; la standardizzazione è uno dei pilastri del modello OSI, che è spesso utilizzato come riferimento teorico per l'analisi delle reti. Il modello TCP/IP, invece, è strutturato in quattro livelli: accesso alla rete, Internet, trasporto e applicazione.
Il modello TCP/IP è più semplice del modello ISO/OSI e risulta strutturato in quattro livelli, con una evidente semplificazione mancando i livelli di Sessione e Presentazione, le cui funzionalità sono delegate al livello Applicazione. OSI (sette livelli) è spesso usato come modello concettuale di riferimento, utile per la pianificazione e la risoluzione dei problemi. Il TCP/IP è orientato alla pratica reale di Internet, in cui i livelli e i protocolli sono definiti per garantire interoperabilità e affidabilità pratica.
La scelta tra l’uso di OSI o TCP/IP dipende dal caso d’uso: OSI è utile per analisi e progettazione concettuale con livelli distinti e indipendenti, mentre TCP/IP è lo standard dominante nelle reti reali. Nei sistemi embedded, da anni si affermano soluzioni basate sulla pila TCP/IP; la sua semplicità lo rende preferibile in contesti pratici, dove l’affidabilità e la gestione della connessione sono fondamentali.
Il mondo delle reti è ricco di protocolli e di linee di riferimento in continuo aggiornamento. TCP/IP è il protocollo di collegamento dati usato in Internet per consentire a computer e altri dispositivi di inviare e ricevere dati, originariamente sviluppato negli anni ’70 dalla DARPA. Il modello TCP/IP determina le modalità con cui i computer trasferiscono i dati da un dispositivo all'altro, suddividendoli in pacchetti e riassemblandoli a destinazione per garantire affidabilità e corretto ordinamento. I protocolli VPN, come OpenVPN, creano reti sicure e private in Internet, dimostrando l’influenza pratica del modello TCP/IP nelle architetture di rete moderne.
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Nell’ambito della sicurezza di rete, i modelli OSI e TCP/IP offrono una cornice per descrivere e classificare soluzioni di sicurezza. Soluzioni NGFW di Check Point, ad esempio, forniscono protezione across all layers dei modelli OSI e TCP/IP. Nei sistemi embedded, la pila TCP/IP è ormai lo standard consolidato, e si presta a una vasta gamma di applicazioni con requisiti di affidabilità e interoperabilità.
| Livello | Definizione | Esempio di protocollo |
|---|---|---|
| Accesso alla rete | Infrastruttura fisica e collegamento dati | Ethernet, Wi-Fi |
| Internet | Instradamento dei pacchetti e riassemblaggio | IP |
| Trasporto | Connessione affidabile tra host | TCP |
| Applicazione | Interfacce per l’utente e le applicazioni | HTTP, FTP, SMTP |
Una breve nota sull’endianess e sui meccanismi di conversione: l’ordine dei byte in memoria può variare tra architetture (Big-Endian vs Little-Endian). Per garantire portabilità, si utilizzano funzioni come htonl, htons, ntohl, ntohs, che facilitano la conversione tra l’ordine di rete (network order) e l’ordine della macchina (host order). Allo stesso modo, le funzioni per convertire indirizzi IPv4 tra notazione testuale (dotted-decimal) e forma binaria supportano la portabilità tra architetture diverse. Il MAC address è integrato nella scheda di rete e, a differenza dell’indirizzo IP, non cambia con la mobility tra reti, mentre l’indirizzo IP può variare ed è gestito tramite DHCP o configurazione manuale.
La standardizzazione del processo di incapsulamento e decapsulamento è essenziale per la robustezza della rete. Senza una standardizzazione chiara, la comunicazione tra host potrebbe degradarsi o fallire. Il modello TCP/IP, pur essendo stato sviluppato come una soluzione pratica, ha dimostrato di essere resiliente e adatta a scalare nei decenni, supportando una vasta gamma di protocolli e servizi di sicurezza. Per utilizzare al meglio queste architetture, è importante comprendere che TCP garantisce affidabilità e controllo di flusso, mentre IP si occupa di instradare i pacchetti tra reti diverse. UDP, in contrasto, offre un modello senza connessione, utile per scenari con bassa latenza o dove la perdita di pochi pacchetti è accettabile.
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