Il Modello OSI divide il processo di comunicazione di rete in sette livelli distinti, ciascuno rappresentante una funzione diversa che aiuta a guidare i dati da un punto all'altro. Il Modello ISO/OSI, concepito per reti di telecomunicazioni a commutazione di pacchetto, è costituito da una pila (o stack) di protocolli attraverso i quali viene ridotta la complessità implementativa di un sistema di comunicazione per il networking. Il modello OSI fornisce un linguaggio comune per discutere come i dati si muovono e dove possono sorgere problemi.
Tale modello, infatti, struttura il web e le trasmissioni in maniera modulare, allo scopo di semplificare l'intera comunicazione tra due host. Il modello ISO/OSI è nato dal tentativo di creare uno standard di questo tipo e offre una base per gli standard di comunicazione, indipendentemente dai fornitori.
Il modello ISO/OSI realizza una comunicazione per livelli: dati due nodi, il livello di un nodo può scambiare informazioni col livello corrispondente dell'altro nodo, ma non con gli altri. Strutturando le operazioni di rete in livelli indipendenti, il modello OSI consente agli ingegneri di innovare e migliorare i meccanismi di sicurezza senza interrompere l'intero sistema. Questa coerenza consente a protocolli come Ethernet, IP e HTTP di lavorare insieme in modo affidabile.
Il modello OSI supporta un migliore allineamento della sicurezza chiarendo dove dovrebbero operare le protezioni come la crittografia, i firewall e la monitorizzazione. I professionisti della sicurezza informatica spesso mappano strumenti difensivi e vettori di attacco a livelli OSI specifici per individuare vulnerabilità e rafforzare le difese. Comprendere entrambi i modelli (OSI e TCP/IP) aiuta i professionisti della sicurezza informatica a colmare il divario tra concetti astratti e applicazioni del mondo reale.
Il singolo pacchetto, unità dell'informazione della rete, lungo il suo viaggio da un host ad un altro, partendo dal livello più alto della struttura dell'host di partenza (livello Applicazione) percorre in ordine tutti i livelli sottostanti fino ad arrivare all'ultimo (livello Fisico) per poi raggiungere il livello Fisico dell'host di destinazione e ripercorrere di nuovo il percorso al contrario fino a raggiungere di nuovo il Livello Applicazione. Il pacchetto, nel percorrere la schiera dei livelli OSI subisce il cosiddetto principio dell'incapsulamento (e di decapsulamento).
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In corrispondenza di ogni livello della struttura che il pacchetto dell'host mittente attraversa, ad esso vengono incorporate delle informazioni che sono proprie e uniche del livello attraversato dal pacchetto. In questo senso, si dice che il pacchetto è "incapsulato" nelle informazioni aggiunte dai livelli stessi. Una volta arrivato all'host di destinazione, nel risalire la struttura, il pacchetto viene "decapsulato" dai vari livelli, ovvero spogliato delle informazioni aggiuntive fino ad estrarre il pacchetto originale.
Ad esempio, al livello di Trasporto, in cui opera il TCP, il pacchetto viene detto segmento TCP. Affinché però tutto funzioni nel modo giusto, è sufficiente che ogni livello offra il proprio "servizio" al livello sottostante (o sovrastante) in maniera corretta. Se tutti i livelli svolgono il proprio ruolo correttamente, allora l'intera struttura garantisce la trasmissione corretta del pacchetto.
Il Livello di Applicazione è il livello più alto del modello OSI e serve come l'interfaccia diretta tra l'utente e la rete. Questo livello fornisce servizi di rete alle applicazioni dell'utente finale, assicurando che i dati siano correttamente impacchettati e pronti per la trasmissione. Fornisce i protocolli (HTTP, FTP, DNS e SMTP, ad esempio) che consentono al software di inviare e ricevere dati. Il livello di applicazione si assicura che il dispositivo ricevente possa accettare i dati e che esistano le interfacce di comunicazione necessarie per il trasferimento.
Il Livello di Presentazione assicura che i dati inviati dal livello di applicazione di un sistema siano leggibili dal livello di applicazione di un altro. Qui vengono gestiti la formattazione della codifica dei dati e la loro eventuale conversione. Supporta la crittografia e decrittografia (ad es. SSL/TLS), la compressione dei dati e la conversione dei formati (JPEG, MP3, MPEG). Il livello presentazione è responsabile per la codifica e decodifica delle informazioni affinché possano essere mostrate in chiaro.
Il Livello di Sessione gestisce e controlla il dialogo tra due dispositivi o applicazioni. È responsabile della gestione delle sessioni, il processo di stabilimento, gestione e terminazione delle connessioni tra due o più computer. Consente di gestire la sintassi dell'informazione da trasferire, instaurare, mantenere e abbattere connessioni (sessioni) tra applicazioni cooperanti. Esempi di protocolli che operano qui includono NetBIOS, RPC e PPTP.
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Il Livello di Trasporto fornisce comunicazione end-to-end e consegna affidabile dei dati tra dispositivi. Utilizza protocolli come TCP e UDP per gestire il recapito end-to-end di messaggi completi. Prende i messaggi dal livello della sessione e li suddivide in unità più piccole (chiamate segmenti), ognuna con un'intestazione associata. Tra le sue funzioni: controllo del flusso, controllo degli errori, multiplexing, indirizzamento del punto di servizio (porte) e riassemblaggio dei segmenti sul destinatario. Con il servizio orientato alla connessione il destinatario invia conferme (ACK); il servizio senza connessione effettua invece solo il trasferimento dei dati senza conferma.
Il Livello di Rete è responsabile della determinazione del percorso logico che i dati prendono attraverso una rete. Gestisce l’instradamento dei pacchetti di dati verso la stazione destinataria e determina il percorso migliore (routing) per il trasferimento dei dati tra i nodi. Funzioni tipiche: indirizzamento logico (indirizzo IP), frammentazione e riassemblaggio dei pacchetti, controllo del traffico. I protocolli principali includono IP, ICMP, RIP e OSPF.
Il Livello di Collegamento Dati fornisce un trasferimento di dati affidabile da nodo a nodo. Il pacchetto proveniente dal livello rete viene trasformato in frame, composto da datalink header e datalink trailer. Qui avvengono controllo degli errori, controllo del flusso, indirizzamento fisico (MAC) e framing. Tecnologie comuni: Ethernet (IEEE 802.3), Wi‑Fi (IEEE 802.11), PPP. Il livello di controllo dei collegamenti logici (LLC) funge da interfaccia tra MAC e livello di rete gestendo controllo del flusso e sincronizzazione.
Il Livello Fisico forma la base del modello OSI. Trasmette dati binari grezzi (1s e 0s) su mezzi fisici come cavi di rame, fibre ottiche o frequenze radio wireless. Obiettivo: trasmettere un flusso di dati non strutturati attraverso un collegamento fisico, occupandosi della forma e dei livelli di tensione del segnale. Standard e tecnologie chiave includono interfacce fisiche Ethernet, RS-232, DSL, SONET e Bluetooth. Specifica anche le topologie fisiche (bus, stella, mesh) e le modalità di trasmissione.
Il modello ISO/OSI organizza la comunicazione di rete in sette livelli, ciascuno con vulnerabilità uniche. ISO/OSI incapsula i messaggi di livello n in messaggi del livello n-1. In corrispondenza di ogni livello che il pacchetto attraversa, ad esso vengono aggiunte informazioni specifiche (header e, se necessario, trailer) usate per il controllo, l'indirizzamento e il riassemblaggio. Per ogni pacchetto ricevuto, il destinatario può inviare al mittente un pacchetto ACK contenente lo stato della trasmissione; il mittente deve ripetere l'invio dei pacchetti mal trasmessi o non confermati.
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Il livello di trasporto aggiunge l'header di trasporto, il livello di rete aggiunge l'header di rete (indirizzo IP), il livello di collegamento aggiunge header e trailer di frame (incluso l'indirizzo MAC). Alla ricezione, il processo inverso è il decapsulamento: i livelli salgono dall'1 al 7 rimuovendo le intestazioni e trailer fino a recuperare il dato originale.
Sebbene il modello OSI sia un quadro concettuale, il modello TCP/IP è un'implementazione pratica utilizzata nell'infrastruttura Internet odierna. Il modello TCP/IP raggruppa i livelli 5, 6 e 7 del modello OSI nel singolo livello di applicazione e combina i livelli fisico e di collegamento dati in un livello di accesso alla rete. La differenza sostanziale consiste nel fatto che nel TCP/IP i livelli di presentazione e di sessione sono esterni alla pila di protocolli; essi possono essere implementati a livello applicativo piuttosto che come layer separati.
Il modello OSI, sviluppato dall'ISO e formalizzato negli anni '80, rimane parte integrante della comprensione dell'architettura di rete anche quando le tecnologie si evolvono ed emergono nuovi modelli. Sebbene ci si riferisca sempre al modello OSI come standard, nella pratica viene spesso applicata la suite di protocolli Internet (TCP/IP) per la creazione di Internet.
Il modello OSI aiuta studenti e professionisti a visualizzare come i dati si muovono attraverso una rete. Il suo design a livelli fornisce un modo strutturato per studiare il comportamento della rete, mostrando come ogni livello contribuisce alle prestazioni e alla protezione. Il modello OSI supporta un migliore allineamento della sicurezza chiarendo dove dovrebbero operare le protezioni come la crittografia, i firewall e la monitorizzazione.
Questa possibilità di separazione consente, ad esempio, agli sviluppatori di aggiornare gli algoritmi di crittografia o le tecniche di compressione al Livello di Presentazione senza alterare i livelli inferiori di trasporto o di rete. Al contempo, l'idea fondamentale del concetto cross-layer è di introdurre la capacità, nei vari protocolli di comunicazione, di scambiarsi informazioni per adattarsi agli specifici stati del collegamento della rete; ciò è interessante soprattutto nelle comunicazioni radio per la natura variabile del mezzo trasmissivo e per la riduzione dei consumi energetici nelle comunicazioni wireless.
| Livello | Funzione principale | Esempi di protocolli/tecnologie |
|---|---|---|
| 7 Applicazione | Interfaccia utente, servizi di rete | HTTP, FTP, SMTP, DNS |
| 6 Presentazione | Formattazione, crittografia, compressione | SSL/TLS, JPEG, MPEG |
| 5 Sessione | Gestione delle sessioni e sincronizzazione | NetBIOS, RPC, PPTP |
| 4 Trasporto | End-to-end, segmentazione, controllo di flusso | TCP, UDP |
| 3 Rete | Indirizzamento logico, routing | IP, ICMP, OSPF, RIP |
| 2 Collegamento dati | Framing, indirizzamento fisico, controllo errori | Ethernet (802.3), Wi‑Fi (802.11), PPP |
| 1 Fisico | Trasmissione di bit sul mezzo | Ethernet fisico, RS-232, DSL, fibra ottica, radio |
Esistono differenze storiche e pratiche: la pila TCP/IP è stata sviluppata prima della pila ISO/OSI ed è stata ampiamente utilizzata per la creazione di Internet. Diversi primi sforzi di rete (INWG, ARPANET) e figure come Vint Cerf e Bob Kahn posero le basi per la suite TCP/IP. Il modello OSI venne portato avanti da informatici come Hubert Zimmermann e John Day, e formalizzato dall'ISO come riferimento per la interoperabilità. Alcuni, come Andrew S. Tanenbaum, giudicarono la suite OSI troppo complessa da implementare integralmente rispetto a TCP/IP.
Nonostante ciò, il modello OSI rimane uno strumento didattico e progettuale fondamentale: il suo approccio teorico consente agli sviluppatori di visualizzare e costruire reti complesse, anche senza conoscenze preliminari approfondite del sistema di rete stesso. Il modello OSI non è rigido: costituisce, piuttosto, un punto di riferimento per le architetture di rete a pacchetto, che possono distanziarsi più o meno da esso.
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