TELEMATICA

Enciclopedia Italiana - V Appendice (1995)

TELEMATICA

Aldo Roveri

Il termine ''telematica'' è un neologismo francese nato verso la fine degli anni Settanta per sottolineare, con un acronimo delle parole telecomunicazioni e informatica, quegli aspetti delle tecnologie dell'informazione in cui il trattamento dell'informazione stessa e il suo trasporto assumono ruoli complementari e inscindibili. Già dalla seconda metà degli anni Sessanta era iniziata un'integrazione sempre più spinta di risorse di elaborazione nei sistemi di telecomunicazione. Attualmente, in prossimità della fine del secolo, questa integrazione sta raggiungendo un completo grado di maturazione, come è dimostrato dal largo impiego di unità di elaborazione sia come apparecchiature terminali nella fornitura di servizi di telecomunicazioni, sia come apparecchiature infrastrutturali al servizio delle reti di telecomunicazione, e cioè di quelle infrastrutture che rendono possibile il trasporto dell'informazione a distanza.

Nel caso di elaboratori utilizzati come apparecchiature terminali, e cioè come origine e/o come destinazione di informazioni, l'obiettivo dell'impiego è consentire quanto è richiesto in una molteplicità di applicazioni finalizzate ai più svariati campi delle attività umane, e cioè, per es., all'automazione delle procedure di ufficio, al telecontrollo di processi produttivi o alla teleelaborazione su modelli matematici. In tutte queste applicazioni è richiesto il colloquio a distanza tra apparecchiature in grado di elaborare e/o memorizzare l'informazione ovvero il colloquio tra queste ultime e operatori umani.

Circa poi l'utilizzazione dei calcolatori come apparecchiature infrastrutturali, l'obiettivo è quello di sfruttare le potenzialità di risorse elaborative per:

a) consentire il trasporto e l'utilizzazione dell'informazione, assicurando il rispetto di opportune regole procedurali nello svolgimento del colloquio e mettendo in atto tutti quei provvedimenti in grado di fronteggiare (possibilmente con successo) eventi di natura aleatoria (per es. guasti di apparecchiature o disturbi trasmissivi) che potrebbero compromettere lo scambio delle informazioni;

b) controllare l'evoluzione della comunicazione, in particolare per la sua inizializzazione e, se richiesto, l'aggiunta di valore a servizi di base;

c) fornire tutti gli ausili necessari per lo svolgimento delle operazioni di gestione del servizio e dell'infrastruttura che ne consente la fornitura, avendo come obiettivo la migliore utilizzazione delle risorse disponibili in condizioni sia normali sia anormali (per es. in condizioni di guasto).

In definitiva, il livello d'integrazione tra trattamento e trasporto dell'informazione, e cioè tra le tecniche che sono l'oggetto dell'informatica e delle telecomunicazioni, è oggi così elevato da rendere eccessivamente totalizzante il termine t. se il suo significato fosse quello inizialmente proposto. In suo luogo gli si attribuisce qui un significato più ristretto, secondo cui la t. è "un insieme disciplinare che tratta i principi e le soluzioni tecniche su come è possibile porre in corrispondenza applicazioni residenti in sistemi di elaborazione tra loro interconnessi con risorse di telecomunicazione".

In questo quadro rientrano: a) l'organizzazione delle funzioni, per il trasferimento e per l'utilizzazione delle informazioni, svolte dalle apparecchiature terminali e infrastrutturali affinché detta corrispondenza abbia luogo; b) i riferimenti normativi entro i quali devono essere sviluppate le interfacce tra le apparecchiature terminali e infrastrutturali affinché sia assicurata la loro cooperazione; c) le infrastrutture di telecomunicazione per il trasporto a distanza dell'informazione, la cui origine e/o la cui destinazione sono sistemi di elaborazione; d) le applicazioni e i servizi, che sono stati normalizzati nel rispetto dei riferimenti di cui in b) e che per questo motivo godono dell'attributo ''telematico''. A questi quattro temi è dedicata la trattazione che segue, come risultato di una scelta che a essi attribuisce un ruolo d'importanza primaria nella definizione dell'insieme disciplinare qui considerato.

Altri argomenti sono d'interesse per la t., ma non sono elemento caratterizzante. Un esempio al riguardo è offerto dalla struttura e dalla codifica delle informazioni gestite da sistemi di elaborazione per lo scambio tra uomo e macchina o tra macchina e macchina. La trattazione di argomenti di questo tipo non è però specifica del contesto qui considerato e viene pertanto omessa. Occorre poi aggiungere che i contenuti qui di seguito sviluppati sono tuttora in rapidissima evoluzione. Di conseguenza, sono stati maggiormente approfonditi gli argomenti di base. Invece, temi di carattere più specifico, anche se oggi di particolare rilevanza tecnica, sono stati affrontati con il solo scopo di fornire un legame con la realtà attuale e quindi con spazio di trattazione limitato allo stretto indispensabile per consentirne la comprensione.

Architetture e protocolli di comunicazione. - La comunicazione tra due o più parti richiede cooperazione, e cioè collaborazione per il conseguimento di uno scopo comune. Da un lato occorre assicurare il rispetto di opportune regole procedurali nel trasferimento d'informazione e negli adempimenti richiesti per l'utilizzazione di questa. Dall'altro bisogna mettere in atto, quando è necessario, provvedimenti che possano fronteggiare eventi di natura aleatoria (per es. disturbi trasmissivi, errori procedurali, guasti di apparecchiature, ecc.), che potrebbero compromettere lo scambio d'informazione. Si tratta quindi di svolgere, in forma collaborativa tra le parti coinvolte, una sequenza di funzioni che rendano possibile a una parte, non solo di essere fisicamente connessa con un'altra parte, ma anche di comunicare con quest'ultima nonostante impedimenti di natura varia, quali errori di origine fisica o logica, diversità di linguaggi, ecc.

Una descrizione astratta delle modalità di comunicazione tra due o più parti, in posizioni tra loro remote, attraverso una rete di telecomunicazione può essere effettuata definendo opportuni modelli di riferimento. Questi sono oggi riconosciuti d'importanza basilare per lo studio progettuale di specifici ambienti di comunicazione e, in particolare, per normalizzare le procedure da impiegare nelle interazioni tra le varie parti in gioco (apparecchi terminali, terminazioni di rete, nodi di accesso e di transito) allo scopo di consentirne la cooperazione.

L'identificazione di un modello di riferimento da associare a uno specifico ambiente di comunicazione può avvenire in vari passi logici. Il primo di questi corrisponde al più elevato livello di astrazione nell'identificazione, e riguarda la definizione degli oggetti che sono utilizzati per descrivere il processo di comunicazione sotto esame, delle relazioni generali tra questi oggetti e dei vincoli generali tra questi tipi di oggetti e di relazioni. In particolare, debbono essere definite le funzioni da svolgere per consentire la comunicazione e le relative modalità organizzative per permetterne uno svolgimento coordinato. Il risultato di questo primo passo d'identificazione è l'architettura della comunicazione. Il suo elemento distintivo (per es., rispetto ad architetture di elaborazione) è la presenza costante di interazioni tra due o più parti. È opportuno sottolineare che il termine ''architettura'' viene qui utilizzato con un significato astratto, che non dev'essere confuso con quello di specifica struttura di una concreta realizzazione. Per es., con analoga distinzione terminologica, l'architettura barocca è un insieme di regole e di convenzioni stilistiche che caratterizzano una particolare forma architettonica; un edificio barocco è invece una realizzazione che rispetta e applica queste regole e queste convenzioni. Come nel nostro caso, si fa quindi distinzione tra il tipo di oggetto (architettura) e un esempio realizzativo di esso (edificio). L'ultimo passo per definire un modello di riferimento, e cioè quello che corrisponde al più basso livello di astrazione nell'identificazione, riguarda la descrizione dettagliata delle modalità di esecuzione delle funzioni identificate nel primo passo e consente di specificare le procedure operative che debbono essere seguite per ognuna delle interazioni tra le parti in gioco nell'architettura di comunicazione.

Tali procedure sono i protocolli di comunicazione. Elementi costituenti di questi sono: a) la semantica, e cioè l'insieme delle richieste che una parte può emettere (comandi), delle azioni conseguenti da effettuare e delle risposte di ritorno dalla parte remota; b) la sintassi, e cioè la struttura dei comandi e delle risposte; c) la temporizzazione, e cioè la specificazione delle possibili sequenze temporali di emissione dei comandi e delle risposte. I protocolli di comunicazione consentono interazioni tra le apparecchiature infrastrutturali e tra queste ultime e gli apparecchi terminali. Essi comportano che, all'interno della rete e tra quest'ultima e l'utenza, si attivi uno scambio di ulteriori informazioni. Queste debbono essere distinte da quelle di sorgente, nel senso che ne costituiscono il necessario sussidio con l'aggiunta di extra-informazione (overhead). Perciò, per esigenze di efficienza, una volta fatto salvo il conseguimento degli obiettivi di cooperazione sopra descritti, è opportuno contenere, nei limiti del possibile, la quota parte di extra-informazione rispetto a quella di sorgente (quota di extra-informazione).

A questo punto, per approfondire l'oggetto di un'architettura di comunicazione, è opportuno chiarire, tramite esempi, quali siano le funzioni necessarie per consentire una comunicazione. Con riferimento prevalente (ma non esclusivo) a un ambiente di comunicazione di dati, che è quello naturale per svolgere applicazioni telematiche, saranno allora descritte qui di seguito le principali funzioni che debbono essere eseguite per permettere a due o più sistemi terminali, che desiderano comunicare, di scambiarsi informazioni attraverso una rete di telecomunicazioni a cui hanno accesso. In questo contesto per ''sistema terminale'' s'intende una qualsiasi entità fisica o logica che sia in grado di emettere e/o di ricevere informazioni. Esempi di coppie di sistemi terminali sono offerti da un apparecchio terminale per dati e un programma applicativo residente in un elaboratore in posizione remota, ovvero da due programmi applicativi interagenti con evoluzione in macchine di elaborazione tra loro distanti, ovvero da un programma applicativo che interroga un archivio remoto.

Le funzioni in esame verranno nel seguito distinte in due classi: quelle preposte al trasferimento dell'informazione tra i sistemi terminali (funzioni orientate al trasferimento) e quelle che, in ognuno di questi, sono finalizzate a consentire l'utilizzazione dell'informazione trasferita (funzioni orientate all'utilizzazione). Le prime debbono assicurare che le seconde non siano condizionate dalle specifiche modalità del trasferimento.

Funzioni orientate al trasferimento. - In questa classe possono distinguersi le funzionalità preposte al trasferimento fisico da quelle legate ad aspetti logici. Tra le prime rientra la funzione di connessione fisica, e cioè la fornitura di un insieme di risorse, che connettono fisicamente il sistema terminale di origine a quello di destinazione. Tali risorse consistono in una o più tratte in cascata di mezzo trasmissivo (per es. in rame, in fibra ottica o su portante radio) e sono scelte in un insieme più ampio nell'ambito della rete fisica. Una volta garantita la disponibilità di un mezzo fisico tra i punti terminali della comunicazione, è necessario trasferire fisicamente l'informazione emessa dai sistemi terminali. Tale obiettivo è conseguito con un insieme di apparati e di dispositivi, che realizzano la funzione di trasmissione e che, in unione al mezzo fisico, costituiscono il canale trasmissivo tra le parti in comunicazione. Il compito di questa funzione è duplice: in emissione, deve formare un segnale che sia supporto dell'informazione da trasferire e che abbia un contenuto in frequenza armonizzato con la banda passante del canale trasmissivo; in ricezione, deve estrarre dal segnale ricevuto un'informazione che sia la replica più fedele possibile di quella emessa all'origine.

Le due funzioni ora illustrate garantiscono il trasferimento fisico dell'informazione tra i sistemi terminali in comunicazione. Occorre però considerare che, in questo trasferimento, l'informazione può essere deteriorata per cause fisiche di natura varia, che sono dovute alle caratteristiche non ideali del canale trasmissivo. L'effetto è la presentazione casuale di errori di trasmissione, che, anche se interessano solo brevi porzioni dell'informazione, possono comunque pregiudicarne la corretta interpretazione. Per fronteggiare questi eventi, particolarmente indesiderabili nel caso di comunicazioni di dati, è necessario prevedere un meccanismo di accordo tra le parti in comunicazione, che assicuri la rivelazione o la correzione degli errori di trasmissione. A tale scopo sono impiegate tecniche di codifica di canale e, nel caso di sola rivelazione, può essere prevista anche una funzione di recupero degli errori rivelati.

Circa poi la struttura dell'informazione da trasferire, occorre tener conto della natura intermittente che normalmente caratterizza l'emissione da parte delle sorgenti della comunicazione. La lunghezza (in cifre binarie) dei tratti informativi e l'intervallo temporale tra due tratti successivi sono quantità descrivibili solo in termini probabilistici e sono, in ogni caso, dati caratteristici di ciascuna sorgente, in quanto dipendono dal tipo d'informazione emessa. Per rendere più efficiente il trasferimento è opportuno prevedere che, per es. in corrispondenza ai punti di accesso alla rete, i tratti informativi subiscano una ristrutturazione, e cioè una suddivisione o un'aggregazione, per costituire unità informative. Il formato di queste (e in particolare la loro lunghezza in cifre binarie) è definito in relazione alle caratteristiche di trasferimento attraverso la rete e non è, in generale, legato alla lunghezza dei tratti informativi. Le unità informative costituiscono l'oggetto di alcune delle funzioni che verranno illustrate nel seguito.

Le risorse utilizzate per un trasferimento sono costituite dai mezzi forniti dalla rete logica. Tra questi si possono distinguere i nodi di commutazione, i rami di giunzione e i rami di utente. Utilizzando questi elementi è possibile formare un percorso di rete da un sistema terminale di origine a uno di destinazione. Ciò si ottiene, di volta in volta, individuando un insieme di rami e di nodi che un'unità informativa deve attraversare per essere trasferita da un punto di accesso di origine a uno di destinazione. Tale insieme non è in generale univoco e quindi la sua scelta dovrà essere fatta con un'opportuna strategia d'instradamento, che deve, tra l'altro, tener conto dello stato d'impegno degli elementi (nodi e rami) che compongono il percorso di rete e delle prestazioni desiderate nel trasferimento. Individuato allora, per ogni nodo, quale sia il ramo uscente da mettere in corrispondenza con un particolare ramo entrante, si tratta poi di mettere in atto quanto è necessario perché ogni informativa possa attraversare il nodo verso la destinazione desiderata. I rami, che per definizione hanno un ingresso e un'uscita, possono essere caratterizzati dalla loro capacità di trasferimento, e cioè, per es., dal numero massimo di cifre binarie che possono essere trasferite nell'unità di tempo sul canale trasmissivo a essi associato. I nodi, invece, presentano una pluralità di ingressi e di uscite; essi costituiscono quindi una risorsa che è caratterizzata da due aspetti: il primo riguarda la capacità di trasferimento per ogni singola coppia ingresso-uscita; il secondo si riferisce invece alla capacità di elaborazione necessaria per gestire la pluralità di scelte connessa a questi possibili accoppiamenti.

Tali risorse sono di tipo condiviso e sono quindi soggette a richieste concorrenti. Supponiamo allora che venga richiesto il trasferimento di unità informative tra i punti di accesso A e B, e che tale richiesta venga presentata quando la rete è già impegnata in altre operazioni dello stesso tipo, che, in generale, avranno differenti origine e destinazione. In queste condizioni una parte (al limite la totalità) della capacità di trasferimento dei rami e dei nodi disponibili può essere già utilizzata. Per decidere allora quale sia il percorso di rete più conveniente (dal punto di vista del conseguimento di fissati obiettivi prestazionali), e cioè quale sia l'insieme dei rami e dei nodi che conviene attraversare per effettuare il trasferimento da A a B, bisogna considerare le strategie adottate per l'utilizzazione condivisa dei rami e dei nodi.

L'utilizzazione della capacità di trasferimento dei rami da parte di una molteplicità di unità informative aventi origine da sorgenti diverse è legata alla funzione di multiplazione. Invece le modalità di attraversamento dei nodi e di utilizzazione della relativa capacità di elaborazione rientrano nelle funzionalità tipiche di un nodo di rete e caratterizzano il tipo di commutazione da esso svolta. Un'ulteriore funzione tipica in un trasferimento d'informazione riguarda il controllo di flusso. Tale funzione regola il trasferimento delle unità informative su una connessione; provvede cioè a variarne il ritmo di trasferimento in modo da assicurare la migliore utilizzazione possibile delle risorse disponibili in ogni condizione di carico, prevenendo eventuali possibilità di degradazione delle prestazioni. In altre parole, un efficiente metodo di controllo di flusso ha lo scopo di evitare l'insorgere di fenomeni di congestione.

Le funzioni fino a ora esaminate sono eseguite all'interno di una rete di telecomunicazione e si riferiscono al trasferimento delle unità informative. È evidente che, in relazione alle specifiche modalità con cui questo insieme di funzioni è eseguito, può essere definita una qualità di servizio che la rete è in grado di offrire. Reti diverse, basate su procedure operative diverse, offriranno agli utenti una qualità di servizio diversa. In relazione al tipo di applicazione che rappresenta l'oggetto dello scambio d'informazione tra sistemi terminali, una particolare qualità di servizio offerta da una rete può non essere sufficiente al soddisfacimento delle esigenze dell'applicazione in questione. In questi casi, è necessario prevedere un complesso di funzioni che hanno l'obiettivo d'incrementare la qualità di servizio complessiva per portarla al livello richiesto per il corretto funzionamento dell'applicazione. Tali funzioni sono ovviamente eseguite, in aggiunta a quelle di rete, sfruttando il servizio da questa offerto.

Di particolare interesse è il caso in cui il percorso di rete tra due sistemi terminali attraversi, in successione, due o più reti (reti in cascata). In tal caso è essenziale che sia eseguita una funzione di equalizzazione delle qualità di servizio delle varie reti in modo da ottenere una qualità di servizio che risulti accettabile in relazione alle specifiche esigenze dell'applicazione. Si precisa che, a differenza delle funzioni illustrate in precedenza, la funzione di equalizzazione delle qualità di servizio non è eseguita all'interno della rete, ma dev'essere svolta ai bordi di questa o direttamente dai sistemi terminali.

Funzioni orientate all'utilizzazione. - Le funzioni riguardanti l'utilizzazione dell'informazione dipendono in modo diretto dalla particolare applicazione che è lo scopo dello scambio informativo. Esse sono di esclusiva competenza dei sistemi terminali. Con il termine ''applicazione'' intenderemo, d'ora in avanti, l'insieme dei compiti, che un sistema terminale deve svolgere in base alle informazioni ricevute, e delle procedure relative alla loro esecuzione. La funzione, che logicamente segue quelle descritte in precedenza, concerne la gestione del dialogo tra i sistemi terminali. Così come nel dialogo tra esseri umani sono implicitamente rispettate regole di colloquio che consentono il corretto svolgimento di una conversazione, allo stesso modo, nel caso di dialogo tra sistemi di elaborazione, è indispensabile eseguire le funzioni necessarie a regolare e a sincronizzare l'emissione d'informazione da parte dei due interlocutori. In questo modo lo scambio informativo può svolgersi ordinatamente senza che si verifichino situazioni tali da pregiudicarne il risultato.

Affinché le informazioni scambiate possano essere opportunamente utilizzate dai sistemi terminali a colloquio, occorre che esse possano essere correttamente interpretate da un punto di vista sia sintattico che semantico. Le informazioni vanno quindi trasferite in una forma che sia compatibile con il sistema terminale di destinazione. Per la riuscita della comunicazione è dunque indispensabile la scelta e l'utilizzazione di una sintassi comune tra i sistemi. In altre parole, devono essere fissate a priori le regole secondo cui l'informazione dev'essere codificata, in modo che entrambi i sistemi a colloquio possano, sotto l'aspetto sintattico, interpretare univocamente le informazioni ricevute. In particolare, le informazioni scambiate tra sistemi terminali devono essere codificate in accordo a uno stesso alfabeto. L'ultima funzione da eseguire in un processo di comunicazione è l'interpretazione delle informazioni ricevute, e cioè la traduzione dell'informazione in un'azione o in un compito da svolgere. Tale funzione è possibile solo se il sistema ricevente è in grado di riconoscere il significato delle informazioni ricevute, cioè la loro semantica.

L'insieme delle funzioni di un processo di comunicazione che è stato ora illustrato non è esaustivo, rappresenta solo un esempio della complessità delle operazioni necessarie affinché una comunicazione vada a buon fine. Da tale esemplificazione emerge però un'osservazione fondamentale che è opportuno sottolineare e che sarà largamente utilizzata nel seguito. Le funzioni elementari sopra descritte, pur essendo reciprocamente autonome, sono logicamente collegate tra loro. Ciò significa che l'esecuzione di una qualsiasi funzione elementare, da un lato, presuppone lo svolgimento preventivo di altre funzioni e, dall'altro, costituisce la base per l'esecuzione di altre. Per es., la funzione di rivelazione o di correzione degli errori di trasmissione presuppone che sia stato garantito il trasferimento fisico dell'informazione tra le estremità del canale trasmissivo e, contemporaneamente, consente d'iniziare il processo d'interpretazione dell'informazione trasferita.

Architettura a strati. - Sulla base di quanto detto nella conclusione precedente, si può affermare che, per il corretto svolgimento di una comunicazione tra due o più sistemi terminali, è necessario svolgere un insieme di funzioni tra le quali è possibile identificare una relazione gerarchica. Per chiarire le implicazioni di questa relazione, indichiamo con A, B e C tre sottoinsiemi di funzioni in ordine gerarchico crescente. La dipendenza gerarchica di questi sottoinsiemi significa che lo svolgimento di B presuppone la preventiva esecuzione di A, e che l'unione di A e di B costituisce il presupposto per l'esecuzione di C. Il sottoinsieme B offre quindi un servizio a C e, per questo scopo, opera in modo da aggiungere valore al ''servizio'' che gli è offerto da A. Il risultato è che il ''servizio'' offerto a C si presenta con caratteristiche arricchite rispetto a quello offerto a B.

In queste precisazioni sono utilizzati due concetti fondamentali, su cui si fondano tutte le architetture oggi utilizzate per descrivere, in termini modellistici, processi di comunicazione sia monomediali che multimediali: si allude al raggruppamento e alla stratificazione. Il raggruppamento implica che funzioni simili per logica e per tecnologia realizzativa siano raggruppate in insiemi funzionali omogenei. La stratificazione impone invece che tali insiemi siano gerarchicamente organizzati in modo che ognuno di essi arricchisca di un ulteriore insieme di funzioni il servizio che viene fornito dall'insieme funzionale gerarchicamente inferiore. Il complesso dei due insiemi funzionali dà luogo a un nuovo servizio che sarà fornito a sua volta all'insieme funzionale gerarchicamente superiore. La stratificazione, in tal modo, consente di suddividere il problema generale riguardante la definizione delle modalità operative del colloquio tra sistemi terminali in un insieme di problemi più semplici, ognuno dei quali si riferisce esclusivamente a un insieme limitato di funzioni.

La trattazione che segue sviluppa i principali argomenti riguardanti un'architettura a strati.

Elementi architetturali. - In fig. 1 sono mostrati i tre elementi fondamentali di un'architettura di comunicazione; si distinguono: a) i sistemi, che costituiscono un insieme autonomo capace di effettuare il trattamento e/o il trasferimento dell'informazione in vista di specifiche applicazioni; b) gli aspetti dei processi applicativi, che risiedono nei sistemi e che sono coinvolti da esigenze d'interazione con altri processi nell'ambito dell'architettura; c) i mezzi di trasmissione, che rappresentano la struttura fisica d'interconnessione tra i sistemi. Per ognuno dei sistemi interconnessi, l'architettura considera solo gli aspetti che riguardano il funzionamento verso l'esterno, e cioè quelli volti alla cooperazione con altri sistemi.

Ogni sistema è visto come logicamente composto da una successione ordinata di sottosistemi. L'ordine definisce il rango di ognuno di questi. Un sottosistema è quella parte dell'intero sistema che, per lo svolgimento delle funzioni appartenenti a uno specifico raggruppamento funzionale, interagisce solo con i sottosistemi del rango immediatamente superiore e del rango immediatamente inferiore. Tutti i sottosistemi, che appartengono a qualunque sistema tra quelli interconnessi e che sono caratterizzati da uguale rango (sottosistemi omologhi), formano uno strato. Questo rappresenta quindi l'unione di tutti i sottosistemi omologhi appartenenti ai sistemi interconnessi.

Un aspetto fondamentale di quest'architettura è l'indipendenza funzionale dei vari strati. Il servizio fornito da un generico strato è definito in modo del tutto indipendente dalle procedure con cui è effettivamente realizzato. Ciò consente, per es., di assimilare, nella realizzazione di un singolo strato, eventuali evoluzioni tecnologiche o variazioni nella sua definizione senza che ciò influenzi il funzionamento degli altri strati. All'interno di un sottosistema possono identificarsi una o più entità che rappresentano gli elementi attivi di ogni singolo strato. Un'entità corrisponde a quella parte di un sottosistema che provvede all'esecuzione di una o più tra le funzioni dello strato. Durante la comunicazione, entità appartenenti allo stesso strato e residenti nei sistemi interconnessi (entità alla pari) interagiscono tra loro per il corretto espletamento delle funzioni a cui sono preposte.

Nel seguito, per indicare qualsiasi elemento dell'architettura, sarà usata una particolare notazione in cui il nome dell'elemento è preceduto dal numero d'ordine dello strato a cui si riferisce. Per es., il termine (N)-entità identificherà un'entità appartenente all'(N)-strato. In fig. 2 sono illustrati i principi della stratificazione funzionale dei sistemi. In taluni casi è necessario estendere la tecnica della stratificazione anche all'interno di un singolo strato. In tal modo si possono identificare sottostrati, corrispondenti a particolari raggruppamenti di funzioni che possono eventualmente non essere eseguite nel corso della comunicazione.

Ogni (N)-strato, sfruttando il servizio dello strato inferiore, fornisce un (N)-servizio alle (N + 1)-entità. Un (N)-servizio rappresenta un particolare sottoinsieme delle funzioni eseguite dall'(N)-strato; in particolare, esso contiene solo le funzioni visibili all'interfaccia tra l'(N)-strato e l'(N + 1)-strato. Tale visibilità è da intendersi nel senso che lo strato superiore riceve un'esplicita notifica dell'esecuzione di tali funzioni da parte dello strato inferiore. Dall'esame della fig. 2 emerge che allo strato funzionale più elevato non corrisponde nessuno strato superiore; esso quindi non offre servizio a un altro strato, ma, al contempo, riceve la somma dei servizi di tutti gli altri strati. La stessa figura mette in risalto che lo strato funzionale più basso s'interfaccia direttamente con i mezzi trasmissivi e quindi non riceve servizio da alcuno strato.

Una (N)-entità può fornire servizi a una (N+1)-entità e usare i servizi offerti da una o più (N−1)-entità. Gli (N)-servizi sono offerti alle (N+1)-entità negli (N)-punti d'accesso al servizio [(N)-SAP, Service Access Point], che rappresentano le interfacce logiche tra le (N)-entità e le (N+1)-entità. Una (N+1)-entità comunica con una (N)-entità, residente nello stesso sistema, attraverso un (N)-SAP. Un (N)-SAP può essere servito da una sola (N)-entità ed essere utilizzato da una sola (N+1)-entità. Tuttavia una (N)-entità può servire vari (N)-SAP e una (N+1)-entità può utilizzare vari (N)-SAP. Sulla base di tali definizioni, gli utenti di un (N)-servizio [(N)-utenti] sono le (N+1)-entità alla pari che ne usufruiscono per i loro scopi di cooperazione. Fornitore di un (N)-servizio [(N)-fornitore] sono invece le (N)-entità, che sono allacciate agli (N)-SAP, attraverso cui viene presentata dagli (N)-utenti la richiesta del servizio. Si sottolinea il significato che qui viene introdotto per il termine ''utente'' di un servizio di strato; esso ben si differenzia da quello di utente di un servizio di telecomunicazione.

Una (N)-funzione è parte delle attività di una (N)-entità ed è svolta mediante la cooperazione di entità alla pari dell'(N)-strato che, a questo scopo, comunicano tra di loro. Come già detto, una (N)-funzione può rientrare tra le funzionalità che, caratterizzando l'(N)-servizio, sono visibili in uno o più tra gli (N)-SAP, ovvero può appartenere all'insieme delle funzioni atte a conseguire gli obiettivi di prestazione specifici dell'(N)-strato e quindi svolte all'interno di questo senza richieste specifiche da parte delle (N+1)-entità. La cooperazione tra (N)-entità residenti in sistemi diversi è governata da un insieme di regole che prende il nome di (N)-protocollo. In particolare, la comunicazione diretta tra (N)-entità residenti nello stesso sistema non è visibile all'esterno di questo e non è quindi oggetto d'interesse nel definire l'architettura.

Un sistema impegnato in una comunicazione può essere terminale o di rilegamento. Si parla di sistema terminale, quando questo è origine o destinazione finale delle informazioni. Quando i mezzi fisici non connettono direttamente due sistemi terminali, la comunicazione tra questi deve avvenire attraverso un sistema di rilegamento, che deve eseguire le funzioni necessarie alla concatenazione delle varie tratte della connessione fisica. I sistemi di rilegamento hanno un'organizzazione architetturale di tipo analogo a quella dei sistemi terminali, ma con un numero di sottosistemi che è solitamente inferiore; in particolare, partendo dal sistema di rango più basso e procedendo verso ordini gerarchici crescenti, essi includono tutti i sottosistemi fino a quello che è in grado di svolgere una funzione di rilegamento. Questa, se svolta nell'(N)-strato, consente a una (N)-entità d'inoltrare le informazioni ricevute da una (N)-entità a monte verso un'altra (N)-entità a valle.

Comunicazione tra entità. - Affinché possa aver luogo uno scambio informativo tra due o più (N+1)-entità, l'(N)-strato deve offrire a queste un (N)-servizio, che può essere di due tipi: con o senza connessione.

Nel caso di (N)-servizio con connessione, tra le (N+1)-entità interessate a comunicare viene prima stabilita un'associazione logica, che è realizzata per mezzo dei servizi offerti dall'(N)-strato ed è detta (N)-connessione. Una (N)-connessione è quindi l'associazione dinamica stabilita tra due o più (N+1)-entità per controllare il trasferimento dell'informazione tra queste. Più in particolare, una (N)-connessione congiunge i due o più (N)-SAP a cui sono allacciate le (N+1)-entità. La fig. 3 mette in evidenza le relazioni tra entità, protocolli di strato e relative connessioni. Nel caso di (N)-servizio senza connessione, si ha il trasferimento di unità informative da un (N)-SAP di origine a uno o più (N)-SAP di destinazione in assenza di una connessione.

Nella sua attività di comunicazione una (N)-entità è impegnata nella gestione di due tipi di flussi informativi: con entità appartenenti agli strati adiacenti e con entità alla pari. Tuttavia, solo nel primo caso si ha un trasferimento diretto di informazioni; nel secondo queste sono invece trasferite in modo indiretto usando il servizio fornito dallo strato inferiore. Un trasferimento diretto di informazioni tra entità alla pari avviene solo nel caso delle entità appartenenti allo strato gerarchicamente più basso; queste si scambiano infatti informazione utilizzando il mezzo trasmissivo che le connette. In entrambi i casi, lo scambio informativo è regolato da specifici protocolli. L'attività di normalizzazione riguarda però esclusivamente quelli relativi al colloquio tra entità alla pari, mentre le modalità di trasferimento tra strati adiacenti sono lasciate alla completa discrezione dei singoli costruttori.

Unità informative. - Nell'ambito dell'interazione tra entità, richiesta per conseguire gli obiettivi di un processo di comunicazione, debbono avvenire scambi d'informazione sia tra entità alla pari residenti in sistemi diversi, sia tra entità appartenenti a strati adiacenti e residenti nello stesso sistema. Tale informazione può essere di due tipi: a) è l'oggetto primario dello scambio per lo svolgimento delle funzioni dell'architettura di comunicazione e viene denominata informazione di dati; b) ha scopi di controllo per consentire alle entità, che sono origine e destinazione dello scambio o che sono preposte a svolgere funzioni di rilegamento, di coordinarne il funzionamento secondo gli obiettivi architetturali; in questo caso si parla di informazione di controllo.

A seconda del tipo di scambio, le informazioni di dati si distinguono a loro volta in due categorie: i dati di utente e i dati d'interfaccia. Nel caso in cui lo scambio avvenga tra (N)-entità alla pari residenti in sistemi diversi, a favore di (N+1)-entità per le quali le prime stanno fornendo un servizio, si fa riferimento ai cosiddetti dati di (N)-utente, ove il termine ''utente'' deriva dal ruolo che le (N+1)-entità assumono nei confronti delle (N)-entità fornitrici di servizio. Quando invece lo scambio si verifica tra entità appartenenti a strati adiacenti e residenti nello stesso sistema, le informazioni di dati possono essere trasferite, in alternativa, secondo due casi: a) da una (N+1)-entità a una (N)-entità perché questa provveda al loro inoltro verso un'altra (N+1)-entità; b) da una (N)-entità a una (N+1)-entità dopo la loro ricezione da parte della (N)-entità, avendo come origine un'altra (N+1)-entità. In ambedue questi casi ci si riferisce a dati di (N)-interfaccia.

Analoga distinzione è effettuabile per le informazioni di controllo. Nel caso di scambio tra (N)-entità alla pari, si parla di informazione di controllo dell'(N)-protocollo, alludendo al fatto che questo tipo d'informazione è quello corrispondente alle regole d'interazione previste nel protocollo dell'(N)-strato. Quando invece lo scambio si effettua tra una (N+1)-entità e una (N)-entità residenti nello stesso sistema, e cioè utilizza un (N)-SAP, si fa riferimento a informazione di controllo dell'(N)-interfaccia. Indipendentemente dalla loro natura, le informazioni scambiate nell'ambito di un'architettura di comunicazione sono strutturate in unità, il cui formato è specificato per ogni singolo strato.

Gestione delle connessioni. - Nell'ipotesi che l'(N)-servizio sia con connessione, affinché due (N+1)-entità possano comunicare, una di esse deve richiedere all'(N)-strato l'instaurazione di una connessione attraverso gli (N)-SAP che le identificano. Le (N)-entità raggiunte attraverso questi (N)-SAP provvedono a instaurare la connessione richiesta attraverso lo scambio (controllato da un opportuno protocollo) di informazioni di dati su una (N−1)-connessione che, a loro volta, richiedono all'(N−1)-strato. Conseguentemente la richiesta di connessione da parte delle (N+1)-entità dà luogo verso il basso alla formazione di n connessioni attraverso la gerarchia degli strati fino a raggiungere quello più basso, in cui le entità possono comunicare direttamente attraverso il mezzo fisico.

L'instaurazione di una (N)-connessione presuppone che sia disponibile una (N−1)-connessione tra le (N)-entità che agiscono di supporto, e che queste ultime siano in uno stato nel quale possono svolgere lo scambio informativo protocollare per l'instaurazione della connessione. Se la prima condizione non è verificata, dev'essere preventivamente instaurata una (N−2)-connessione tra le entità alla pari dell'(N−1)-strato. Ciò richiede, per l'(N−1)-strato, il soddisfacimento delle stesse condizioni richieste per l'(N)-strato. Analoghe considerazioni si applicano per gli strati dell'architettura verso il basso fintantoché si trova una connessione già disponibile ovvero il mezzo fisico.

L'abbattimento di una (N)-connessione è normalmente richiesto al termine dello scambio informativo da una (N+1)-entità che l'hanno utilizzata. In presenza di condizioni anomale di funzionamento dell'(N)-strato (per es. a causa di guasti o di errori procedurali), l'abbattimento di una (N)-connessione può essere iniziato anche da parte di una (N)-entità. In questo caso saranno comunicati, alle (N+1)-entità impegnate nella comunicazione, l'avvenuto abbattimento della (N)-connessione e i motivi che hanno portato a tale provvedimento. Alle (N+1)-entità spetta allora il compito di attivare le procedure necessarie per l'eventuale proseguimento della comunicazione.

Circa la corrispondenza tra connessioni appartenenti a strati adiacenti, si possono individuare tre tipi di relazioni: a) una singola (N)-connessione corrisponde a una singola (N−1)-connessione; b) una molteplicità di (N)-connessioni corrisponde a una sola (N−1)-connessione; c) una singola (N)-connessione corrisponde a una molteplicità di (N−1)-connessioni. La corrispondenza di cui al secondo caso è detta funzione di multiplazione, mentre nel terzo caso si parla di funzione di suddivisione; nella corrispondenza ipotizzata, ambedue queste funzioni sono svolte nell'(N)-strato. L'esecuzione della funzione di multiplazione è necessaria per rendere più economica ed efficiente l'utilizzazione di un (N−1)-servizio. La funzione di suddivisione è invece impiegata per aumentare l'affidabilità e le prestazioni di una (N)-connessione.

Condizioni di errore. - Durante l'evoluzione della comunicazione all'interno di uno strato, possono verificarsi condizioni di errore. Queste possono essere causate da malfunzionamenti degli apparati, da errori procedurali o da altre cause accidentali, quali errori trasmissivi. Per fronteggiare condizioni di questo tipo, un (N)-strato deve poter prevedere funzioni di riscontro, di rivelazione e notifica di errore, e di reinizializzazione.

La funzione di riscontro può essere utilizzata da (N)-entità alla pari, con l'impiego di un (N)-protocollo, per ottenere una più elevata probabilità di rivelare la perdita di dati di utente di quanto non consenta l'(N−1)-servizio. A tale scopo ogni unità di questi dati trasferita tra (N)-entità è resa identificabile in modo univoco, così che il ricevitore possa informare l'emettitore circa la ricezione di quella unità di dati. Una funzione di riscontro è anche in grado d'inferire la mancata ricezione di un'unità di dati di utente e di attuare appropriate azioni di recupero. Una (N)-entità può essere in grado di rivelare eventuali condizioni di multifunzionamento dell'(N)-strato. Se ciò si verifica, la (N)-entità deve notificare l'avvenuto errore alle entità dello strato superiore. Questo insieme di funzioni, detto di rivelazione e notifica di errore, incrementa la qualità del servizio offerto dallo strato inferiore, poiché aumenta la probabilità che un errore sia rivelato e quindi recuperato. Una volta che l'errore sia stato rivelato e notificato, spetta alle (N+1)-entità adottare le opportune contromisure per recuperare le normali condizioni di funzionamento dello strato. In alcuni casi, se il tipo di errore è particolarmente grave e se il servizio di strato è con connessione, può essere necessario operare una reinizializzazione (reset) della (N)-connessione. Ciò si verifica, per es., a seguito di una perdita di sincronizzazione tra le (N)-entità in comunicazione. La funzione di reinizializzazione ha il compito di riportare la (N)-connessione a uno stato precedente, fino a cui si può assumere che lo scambio di informazioni sia avvenuto in modo esente da errori.

Modello astratto del servizio di uno strato. - L'(N)-servizio è visto come logicamente composto da un insieme di elementi di servizio che corrispondono a particolari funzioni svolte dall'(N)-strato. Le singole interazioni elementari tra utente e fornitore del servizio attraverso un (N)-SAP, necessarie per attuare un elemento di servizio, sono dette primitive di servizio. Queste possono essere classificate secondo quattro tipi: a) primitiva di richiesta, emessa da un (N)-utente per richiedere l'attivazione di un particolare elemento di servizio; b) primitiva d'indicazione, emessa dall'(N)-fornitore per indicare che l'(N)-utente remoto ha presentato una richiesta di attivazione di un elemento di servizio; lo stesso tipo di primitiva può essere utilizzato dall'(N)-fornitore per indicare all'(N)-utente l'attivazione di una particolare procedura interna al servizio stesso (per es. nel caso di notifica d'errore); c) primitiva di risposta, emessa dall'(N)-utente per completare la procedura relativa a un elemento di servizio precedentemente attivato da una primitiva d'indicazione; d) primitiva di conferma, emessa dall'(N)-fornitore per completare la procedura relativa a un elemento di servizio precedentemente attivato da una primitiva di richiesta. È necessario osservare che la definizione delle primitive di servizio non si riferisce necessariamente a un tipo particolare di realizzazione, ma rappresenta esclusivamente un modello astratto secondo il quale l'utente e il fornitore del servizio interagiscono tra loro. Inoltre può non esistere una corrispondenza tra primitive di servizio e procedure del protocollo interno a uno strato.

Un elemento di servizio, in relazione alle primitive necessarie alla sua attuazione, può essere classificato nel modo seguente: a) servizio confermato, se è richiesto dall'(N)-utente e se necessita di un'esplicita conferma da parte dell'(N)-fornitore; la sua attuazione può sia richiedere l'impiego di tutti i tipi di primitive, sia essere limitato all'impiego delle primitive di richiesta e di conferma; b) servizio non-confermato, se è richiesto dall'(N)-utente, ma non necessita di conferma da parte dell'(N)-fornitore; richiede l'utilizzazione delle sole primitive di richiesta e d'indicazione; c) servizio iniziato dal fornitore, se è attivato autonomamente dall'(N)-fornitore; richiede l'utilizzazione delle sole primitive d'indicazione.

La fig. 4 illustra il modello astratto delle interazioni tra utente e fornitore di un generico (N)-servizio, mentre la fig. 5 illustra gli esempi di servizio confermato, non confermato e iniziato dal fornitore.

Architetture per applicazioni telematiche. - Tra le architetture di comunicazione che sono state finora sviluppate e che oggi (a metà degli anni Novanta) sono di completa attualità per applicazioni telematiche occorre menzionare il modello OSI e quello Internet, ambedue basati su principi dell'architettura a strati descritti in precedenza. Il termine OSI, acronimo che fa riferimento alla ''interconnessione di sistemi aperti'' (Open System Interconnection), è correntemente utilizzato per definire la comunicazione tra sistemi di elaborazione che adottano un insieme di norme (le norme OSI), tali da consentire la cooperazione indipendentemente dalla natura dei sistemi e quindi con lo scopo di rendere possibile l'interconnessione e il colloquio tra sistemi eterogenei (cioè tra sistemi che hanno origine da costruttori diversi), oltre che tra sistemi omogenei.

Il modello OSI è il risultato dell'attività di normalizzazione svolta dall'ISO (International Standard Organization) e fatta propria dall'ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector), organismo di normalizzazione internazionale che è specifico al settore delle telecomunicazioni. Lo sviluppo del modello OSI è iniziato alla fine degli anni Settanta ed è tuttora in corso per la grande varietà degli aspetti a esso connessi. Le linee guida seguite dall'ISO e dall'ITU-T nella definizione del modello OSI sono state: disporre di norme la cui traduzione in prodotti fosse condizionata da vincoli tecnologici solo in modo debole; prevedere un'estendibilità del modello e delle relative implicazioni normative verso evoluzioni future; comprendere una larga varietà di opzioni come compromesso tra esigenze spesso contrastanti, in quanto legate alla difesa di interessi industriali tra loro in competizione. Ne è risultata la produzione di norme ineccepibili dal punto di vista della generalità e della correttezza formale, ma di difficile realizzazione pratica.

Il modello Internet ha invece avuto come origine l'organizzazione ARPA (Advanced Research Project Agency), un'emanazione del Dipartimento della difesa negli Stati Uniti costituita alla fine degli anni Sessanta per promuovere lo sviluppo delle infrastrutture per dati. Attualmente lo sviluppo, il coordinamento e la gestione del mondo Internet fanno capo all'IAB (Internet Architecture Board), il cui scopo principale è stato ed è tuttora l'adozione di soluzioni tecniche disponibili, che assolvano il loro compito e consentano realizzazioni basate su posizioni consolidate. Ciò ha consentito di ottenere velocemente prodotti in linea con la normativa Internet e di adottare in modo tempestivo gli aggiornamenti necessari per rispondere a nuove esigenze.

La differenza tra i due modelli è dovuta sostanzialmente allo scopo diverso che le organizzazioni preposte si sono prefisso. Da un lato, con la modellistica OSI, gli organismi di normalizzazione formali (ISO e ITU-T) hanno puntato a definire un quadro normativo che fosse senza limitazioni circa la sua diffusione virtuale e comprendesse ogni possibile accorgimento anche in vista degli aggiornamenti prevedibili. Dall'altro lato, l'IAB ha cercato di rispondere in modo più rapido alle esigenze, anche a breve termine, dell'utente finale, fornendo quindi risposte concrete alle domande esistenti. È il caso di sottolineare che, in un ambiente di comunicazione di dati, le architetture del modello OSI e di quello Internet non sono le uniche che possono essere derivate dai criteri architetturali precedentemente esposti. A criteri analoghi sono infatti ispirate altre architetture sviluppate dai singoli costruttori (architetture proprietarie), quali per es. la System Network Architecture (SNA) della IBM e la Digital Network Architecture (DNA) della DEC.

Il modello OSI. - L'identificazione degli strati che compongono l'architettura OSI è stata effettuata in base al soddisfacimento delle seguenti regole generali: funzioni simili sono state raggruppate in uno stesso strato; funzioni diverse, sia per logica che per tecnologia impiegata nella loro realizzazione, sono state collocate in strati diversi e l'interfaccia tra due strati è stata stabilita in modo da minimizzare la complessità e il numero di interazioni tra gli strati stessi.

L'applicazione di questi principi ha portato alla definizione di sette strati funzionali: lo strato di applicazione (strato 7); lo strato di presentazione (strato 6); lo strato di sessione (strato 5); lo strato di trasporto (strato 4); lo strato di rete (strato 3); lo strato di collegamento (strato 2); lo strato fisico (strato 1). L'insieme degli strati ora citati e la loro struttura gerarchica sono mostrati in fig. 6. Con l'eccezione dello strato fisico, che s'interfaccia direttamente con il mezzo trasmissivo, i servizi degli strati del modello OSI sono stati definiti nelle versioni sia con connessione che senza connessione. Qui di seguito vengono esposte in modo sintetico le finalità dei sette strati.

Lo strato di applicazione ha lo scopo di fornire ai processi applicativi residenti in un sistema i mezzi per accedere all'ambiente OSI, facendo sì che quest'ultimo costituisca una macchina virtuale in grado di associare un processo applicativo residente in un sistema con qualsiasi altro processo applicativo residente in un qualsiasi altro sistema remoto. Poiché gli utenti dei servizi offerti dallo strato di applicazione possono essere processi applicativi di qualsiasi natura, risulta arduo individuare un insieme di funzioni sufficientemente completo e generale che si adatti a tutte le possibili applicazioni. Per la descrizione delle funzioni interne allo strato di applicazione si segue quindi la strada d'individuare, dapprima, elementi di servizio comuni a tutte le applicazioni e, in seguito, moduli disgiunti comprendenti elementi di servizio orientati a determinate classi di applicazioni.

Lo strato di presentazione ha due compiti fondamentali: a) rendere direttamente disponibili alle entità di applicazione i servizi dello strato di sessione relativi alla strutturazione, alla sincronizzazione e alla gestione del loro dialogo; b) risolvere i problemi di compatibilità tra due qualsiasi entità di applicazione per quanto riguarda la rappresentazione dei dati da trasferire e il modo di riferirsi a strutture di dati del sistema remoto. In altre parole lo strato di presentazione ha lo scopo di sollevare le entità di applicazione da qualsiasi compito relativo alla trasformazione della sintassi dei dati. In generale, all'interno dello strato di presentazione esistono tre tipi di sintassi: due sintassi locali, utilizzate dalle singole entità di applicazione, e una sintassi di trasferimento utilizzata per lo scambio informativo vero e proprio. La sintassi di trasferimento è negoziata dalle entità di applicazione, mentre la conversione tra sintassi locali e sintassi di trasferimento è effettuata dallo strato di presentazione.

Lo strato di sessione ha il fine di assicurare alle entità di rappresentazione una risorsa logica per organizzarne il colloquio. Ciò ha lo scopo di strutturare e di sincronizzare lo scambio di dati in modo da poterlo sospendere, riprendere e terminare ordinatamente. Lo strato di sessione presuppone che siano risolti tutti i problemi relativi al trasporto dell'informazione tra i sistemi. Il suo compito consiste invece nel mascherare, per quanto possibile, eventuali interruzioni del servizio di trasporto e nel mantenere una continuità logica nell'evoluzione del colloquio tra entità di presentazione.

Lo strato di trasporto fornisce alle entità di sessione una risorsa virtuale per il trasferimento trasparente delle unità di dati. Deve quindi, da un lato, colmare eventuali deficienze e fluttuazioni della qualità di servizio offerto dallo strato di rete e, dall'altro, ottimizzare l'uso di questo servizio di rete in modo da poter garantire, al costo minimo, le prestazioni richieste. Procedendo dal basso verso l'alto nell'esame dell'architettura OSI, lo strato di trasporto è il primo che abbia esclusivamente un significato da estremo a estremo. In altre parole, mentre le funzionalità dei primi tre strati dell'architettura possono essere presenti sia nei sistemi terminali che nei nodi della rete di comunicazione, le procedure relative allo strato di trasporto sono eseguite solo dai sistemi terminali. Infatti, tutti i problemi connessi con l'accesso dei sistemi terminali alla rete di comunicazione, con l'instradamento e con l'utilizzazione di eventuali reti di transito si considerano completamente risolti dallo strato di rete.

Lo strato di rete rende invisibile allo strato di trasporto il modo in cui sono utilizzate le risorse di rete, in particolare se sono utilizzate diverse sottoreti in cascata. L'unico elemento che è visibile all'interfaccia con lo strato di trasporto è la qualità di servizio complessiva offerta dallo strato di rete. Se il trasferimento interessa due sottoreti che offrono differenti qualità di servizio, la cooperazione tra le sottoreti può avvenire secondo due diverse modalità: a) le reti cooperano senza l'esecuzione di nessuna funzione addizionale; in questo caso la qualità di servizio risultante sarà sicuramente non superiore a quella corrispondente alla rete con minore qualità di servizio; b) sulla rete con qualità di servizio inferiore sono eseguite funzioni che hanno l'obiettivo d'innalzare tale qualità di servizio allo stesso livello della seconda rete; in questo caso la qualità complessiva può essere uguale a quella della sottorete a più alta qualità. La scelta tra queste due alternative dipende dalla differenza di prestazioni delle due sottoreti e da fattori di costo.

Lo strato di collegamento ha la funzione fondamentale di rivelazione e di recupero degli errori trasmissivi verificatisi durante il trasferimento fisico. Tale funzione dovrebbe garantire allo strato di rete la fornitura di un servizio di trasferimento dell'informazione esente da errori.

Lo strato fisico ha il compito principale di effettuare il trasferimento fisico delle cifre binarie scambiate tra le entità di collegamento. Le funzioni eseguite al suo interno e i servizi forniti allo strato superiore hanno lo scopo di assicurare l'indipendenza della comunicazione dalle caratteristiche del particolare mezzo trasmissivo utilizzato.

Il modello Internet. - L'architettura del sistema Internet, partendo dal livello gerarchicamente più basso, comprende quattro strati. Un primo strato, detto di sottorete, consente l'utilizzazione di risorse infrastrutturali (reti), tra loro anche non omogenee per tecnica realizzativa. Lo strato di sottorete include le funzioni che nel modello OSI sono comprese negli strati fisico, di collegamento e di rete, quest'ultimo almeno per ciò che riguarda gli aspetti connessi al funzionamento di ogni singola rete componente (sottostrato di rete basso). Un secondo strato, denominato IP (Internet Protocol) dal nome del protocollo che gli è proprio, consente l'interfunzionamento delle varie reti componenti con funzionalità che nel modello OSI sono collocabili in un sottostrato di rete alto. Il servizio di strato corrispondente è senza connessione. Un terzo strato corrisponde allo strato di trasporto del modello OSI e viene denominato in base al protocollo che gli è proprio. Un primo tipo di protocollo di questo strato è il TCP (Transmission Control Protocol), nell'ambito del quale il servizio di strato è con connessione. Un protocollo alternativo è l'UDP (User Datagram Protocol), che a differenza del precedente è senza connessione. Il quarto e ultimo strato del modello Internet è quello applicativo e corrisponde ai tre ultimi strati del modello OSI.

Infrastrutture per applicazioni telematiche. - Rientrano nella più larga categoria delle reti di telecomunicazioni e, come tali, possono essere classificate in vari modi. Dal punto di vista della sua estensione territoriale, e quindi in relazione alle posizioni relative dei suoi utenti, una rete può essere sostanzialmente in area geografica e in area locale. Nel primo caso gli utenti sono distribuiti su un'area molto estesa (una nazione, un continente, l'intero globo terrestre); nel secondo l'area interessata è ristretta a un singolo edificio o a un complesso di insediamenti entro il raggio di qualche chilometro.

Rispetto alla gamma dei servizi che possono essere supportati, le reti possono essere ''dedicate a un servizio'' o ''integrate nei servizi''. Le reti dedicate a un servizio sono state concepite e realizzate in passato per la fornitura di un singolo servizio e possono oggi essere utilizzate anche per un insieme ristretto di altri servizi, seppure con limitazioni severe per ciò che concerne la qualità conseguibile; esempi significativi di reti di questo tipo sono le reti per dati. Le reti integrate nei servizi sono invece di concezione molto recente, e la loro realizzazione è attualmente in atto nei paesi industrialmente più evoluti. Il loro obiettivo è rendere possibile la fornitura di una vasta gamma di servizi di telecomunicazioni con prestazioni di qualità e di costo decisamente migliori rispetto a quelle ottenibili con le reti dedicate.

Circa le possibilità di accesso a una rete di telecomunicazioni, si possono distinguere due condizioni altrettanto significative, che vanno affrontate con differenti mezzi tecnici per la realizzazione della sezione d'accesso e che, almeno finora, hanno condotto a distinguere due tipi di rete. La prima di queste condizioni si verifica quando i servizi supportati dalla rete sono accessibili solo da parte di utenti che, ogni qualvolta desiderino comunicare, siano in posizione statica o che, pur in movimento, rimangano in un intorno relativamente ristretto di un sito di riferimento (abitazione, ambiente di lavoro, ecc.). Si parla in tal caso di ''rete per applicazioni fisse'' o, in breve, di rete fissa. Se invece l'accesso è consentito a utenti in movimento senza limitazione alle loro possibilità di deambulazione (a piedi o su veicoli), si tratta di una ''rete per applicazioni mobili'' o, in breve, di una rete mobile. Infine, se ci riferiamo all'insieme degli utenti che possono fruire dei servizi offerti, una rete di telecomunicazione può essere: pubblica, se l'accesso è consentito a chiunque provveda a stabilire un accordo contrattuale con un fornitore di servizi; privata, se gli utenti abilitati all'accesso costituiscono un insieme chiuso con specifiche esigenze di comunicazione, che richiedono un accordo tra cliente e fornitore non assimilabile a quelli in ambito pubblico.

Le informazioni scambiate. - Nell'evoluzione di un processo di comunicazione è richiesto in generale lo scambio di tre tipi di informazioni, e cioè informazioni di utente, di segnalazione e di gestione.

L'informazione di utente include quanto viene emesso da una sorgente ed è destinato a uno o più collettori d'informazione per le finalità di una particolare applicazione, ma comprende anche quanto viene in generale aggiunto al flusso informativo di sorgente per scopi di procedura o di protezione. Lo scambio dell'informazione d'utente è quindi l'obiettivo primario di un'applicazione telematica. Costituiscono l'informazione di utente, in alternativa o in unione parziale o totale, le forme codificate di voce, di suoni musicali, di dati, di testi, di immagini fisse o in movimento. A parità di natura dell'informazione scambiata, è la sua forma codificata che pone requisiti al relativo trattamento infrastrutturale. Al riguardo si parla oggi di mezzo di rappresentazione con riferimento a uno specifico tipo d'informazione, come descritto dalla sua forma a valle di un'operazione di codifica. In relazione poi alla capacità di gestire uno solo o una pluralità di mezzi d'informazione, una comunicazione si dice monomediale nel primo caso, multimediale nel secondo. Gli stessi attributi si utilizzano con riferimento a un servizio o a un'applicazione.

L'informazione di segnalazione (o di controllo) è di supporto affinché possa avvenire lo scambio dell'informazione di utente. Essa ha lo scopo di consentire le interazioni tra cliente/utente, gestore di rete e fornitore di servizi nell'ambito di quanto previsto: a) per inizializzare la comunicazione, per negoziarne le caratteristiche qualitative e quantitative iniziali e per modificare tali caratteristiche nel corso della comunicazione; b) per ottenere un arricchimento dei servizi di base con il coinvolgimento di ulteriori risorse di elaborazione nell'ambiente di comunicazione.

Infine, l'informazione di gestione è volta a consentire il complesso di operazioni necessarie per gestire la fornitura dei servizi e i mezzi necessari allo scopo; in questi ultimi sono ovviamente incluse le risorse per il trasferimento delle informazioni di utente e di segnalazione. Tra le operazioni citate vanno menzionate quelle connesse all'erogazione del servizio (operazioni di esercizio), al suo mantenimento (operazioni di manutenzione) e al suo addebito (operazioni di amministrazione). Per lo svolgimento di tali operazioni dev'essere previsto uno scambio di informazioni tra le apparecchiature di rete e quelle terminali. Oggetto dello scambio è l'informazione di gestione, che è quindi anch'essa di supporto al trattamento infrastrutturale dell'informazione di utente.

Funzioni di infrastruttura. - Il trasferimento delle informazioni di utente, di segnalazione e di gestione può essere attuato nell'ambito di un'unica infrastruttura. Questa è la soluzione adottata in passato per le reti dedicate a un servizio. Gli attuali orientamenti verso l'integrazione dei servizi e verso ''l'intelligenza nelle reti'' sono a favore dell'impiego di infrastrutture separate. Per l'informazione di utente si attua allora una rete di trasporto, separata da quella di segnalazione (rete di segnalazione a canale comune) e da quella di gestione (rete di gestione delle telecomunicazioni). A queste tre infrastrutture corrispondono gruppi di funzioni tra loro distinti. Si fa riferimento alle: funzionalità di trasporto, preposte al trattamento infrastrutturale dell'informazione di utente; funzionalità di controllo, riguardanti gli obiettivi dell'informazione di segnalazione; funzionalità di gestione, nell'ambito di quanto è consentito dal trasferimento dell'informazione omonima. Il trattamento infrastrutturale delle informazioni suddette si manifesta attraverso le modalità operative mediante le quali ciascuna di queste informazioni viene trasferita tra una sorgente e un collettore. Tali modalità costituiscono il modo di trasferimento secondo cui operano le apparecchiature terminali e infrastrutturali. Attualmente l'orientamento decisamente prevalente è verso reti che operano con modo di trasferimento orientato al pacchetto. Questa è la soluzione adottata nelle reti dedicate ad applicazioni telematiche (reti per dati), e in particolare nelle infrastrutture pubbliche in area geografica e nelle reti in area locale (LAN, Local Area Network).

Il caso Internet. - Internet è un'infrastruttura per comunicazioni di dati (rete di calcolatori), che si è sviluppata seguendo le linee guida del modello omonimo. Attualmente sta conoscendo un successo a livello mondiale, che non ha precedenti per estensione geografica, numerosità di utenti e vastità di interessi coinvolti. A titolo puramente orientativo e con riferimento alla fine del 1994, si parla di oltre tre milioni di calcolatori connessi e quindi, ipotizzando in media un accesso di circa dieci persone per calcolatore, è ragionevole un totale di circa trenta milioni di utenti serviti. Elemento caratterizzante di Internet è il modo come questa rete è nata e si è sviluppata. All'inizio sono state interconnesse reti di calcolatori preesistenti, prevalentemente al servizio della comunità scientifica (dipartimenti universitari ed enti di ricerca all'origine sul territorio nord americano e successivamente sull'intero globo terrestre). Oggi è aperta anche ad applicazioni commerciali. Ulteriore elemento distintivo è la modalità di gestione, che è tipicamente di tipo distribuito tra una molteplicità di enti diversi. I fattori che hanno portato allo sviluppo esplosivo di Internet sono così identificabili: a) il software di comunicazione utilizzato, che, basato sui protocolli TCP/IP, è fornito gratuitamente sulle apparecchiature terminali che utilizzano il sistema operativo UNIX, e ciò sia sulle stazioni di lavoro (workstations) che sugli elaboratori personali (personal computers); si è sancita in tal modo la supremazia del TCP/IP nel mercato dei software di comunicazione; b) il processo di normalizzazione è, come già accennato, snello e rapido; c) altrettanto gratuito è il software applicativo necessario per sfruttare appieno le capacità di comunicazione dell'infrastruttura; gli applicativi più utili e più facili da usare si diffondono in tal modo con grande rapidità, come è avvenuto in passato per applicazioni quali Gopher (applicativo per la ricerca d'informazione) e, come sta avvenendo attualmente, per il WWW (World Wide Web), e cioè per un'applicazione multimediale di banca di dati distribuita (v. anche spazio informatico, in questa Appendice).

Le applicazioni telematiche. - Vengono qui di seguito descritte alcune tra le applicazioni che sono state definite secondo i modelli architetturali precedentemente trattati (OSI, Internet).

Posta elettronica. - Sviluppato nell'ambito del modello OSI, il trattamento di messaggi (MHS, Message Handling System) definisce un insieme di funzioni per l'invio di messaggi su reti di telecomunicazione pubbliche. L'MHS è un tipico esempio di applicazione distribuita: essa implica l'esistenza di una rete di nodi intelligenti, ognuno dei quali cioè include tutti gli strati dell'architettura OSI. Ogni nodo è in grado di effettuare, per i messaggi ricevuti, una memorizzazione temporanea (immagazzinamento) e un inoltro verso un altro nodo più vicino al destinatario (rilancio). Una rete siffatta include: nodi di accesso, chiamati agenti di utilizzazione (UA, User Agent), che consentono la redazione, l'invio, la ricezione e la lettura di messaggi; nodi di transito, chiamati agenti di trasferimento (MTA, Message Transfer Agent, che sono in grado d'interconnettersi con agenti di utilizzazione e con altri agenti di trasferimento. L'applicazione MHS ha lo scopo di soddisfare tipiche esigenze di automazione d'ufficio, quali le possibilità di: indirizzare i destinatari ''per nome'' invece che per numero, attraverso una funzione di annuario, realizzabile per mezzo di una banca di dati distribuita a estensione internazionale; specificare una lista di destinatari per uno stesso messaggio (lista di distribuzione); assicurare l'identità di chi emette il messaggio (autenticazione); essere informati circa l'avvenuta ricezione da parte del destinatario (avviso di recapito); scambio di messaggi tra utenti diretti dell'MHS e utenti Teletex, Telefax e Videotex. L'MHS può essere usato come base per la fornitura di servizi ulteriori rispetto alla messaggistica interpersonale. Come applicazione principale si può citare la sua possibile utilizzazione per applicazioni EDI (Electronic Data Interchange), cioè per transazioni di tipo commerciale quali fatture e ordini d'acquisto. L'applicazione che compete con MHS e che è stata sviluppata secondo il modello Internet è SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

Trasferimento di archivi. - Quest'applicazione, detta FTAM (File Transfer Access and Management), definisce in ambiente OSI un insieme di funzioni necessarie a garantire il corretto scambio d'informazione, memorizzata sotto forma di un archivio (file), tra processi applicativi residenti in sistemi remoti. Essa consente: l'accesso ad archivi, per scrivere o per leggere informazioni; il trasferimento completo o parziale di archivi; la gestione di archivi per la loro creazione, la loro cancellazione e la modifica delle loro caratteristiche. Poiché in genere ogni sistema di elaborazione usa modalità specifiche per descrivere e per organizzare i dati su memoria di massa, il fondamento dell'applicazione FTAM è un modello comune per la descrizione e per la rappresentazione di questi dati, e cioè una memoria di massa virtuale contenente archivi virtuali, ciascuno identificato da una serie di attributi quali nome, lista di parole chiave, storia, organizzazione, metodo di accesso, tipo dei dati contenuti. Compito principale dell'applicazione FTAM è assicurare trasparentemente la corrispondenza tra la memoria di massa reale del sistema di elaborazione ove risiede l'archivio e la sua rappresentazione virtuale, che è l'unica resa nota a un processo applicativo remoto. Il corrispondente di FTAM in ambiente Internet è FTP (File Transfer Protocol).

Terminale virtuale. - Quest'applicazione (VT, Virtual Terminal) ha l'obiettivo di consentire in un ambiente OSI la gestibilità completa di qualsiasi tipo di terminale intelligente da parte di qualsiasi tipo di elaboratore. Essa si basa sulla definizione di vari modelli astratti di terminali, rappresentabili mediante opportune strutture di dati dalle quali si può derivare lo stato e il contenuto del terminale fisico. Le principali proposte di terminali virtuali prevedono: modo a scorrimento (scroll mode), in cui la corrispondente struttura di dati è un vettore di elementi (linee) senza alcun attributo; modo a pagina (page mode), in cui la struttura di dati è una matrice bidimensionale (n righe per m caratteri) i cui elementi hanno l'attributo ''protetto'' o ''non protetto''; modo a maschera (form mode), in cui la struttura di dati è un insieme di campi ognuno con attributi quali ''tipo del contenuto'', ''coordinate del carattere iniziale del campo'', ''lunghezza del campo'', ''luminosità'', ''sottolineatura'', ''sola lettura''. L'applicazione corrispondente a VT in ambito Internet è telnet.

Annuario. - È un'applicazione (directory) di banca di dati distribuita relativa a persone, organizzazioni, sistemi e applicazioni in ambiente OSI. L'Annuario contiene quelle informazioni che consentono una comunicazione tra persone e/o processi applicativi, e cioè numeri telefonici o di altre reti, indirizzi di posta elettronica, indirizzi residenziali. Tra i servizi che l'Annuario offre si possono citare la ricerca selettiva per nomi o per categorie e la risoluzione di nomi facilmente memorizzabili in indirizzi di vario tipo. Il controllo dell'accesso alla banca di dati secondo funzioni di sicurezza consente la creazione di diversi profili di ''privilegi'', che permettono, per es., l'accesso ai dati in scrittura solo agli utenti autorizzati. Si noti che l'applicazione ora descritta non ha competitrice in ambiente Internet.

Trasferimento di documenti. - Quest'applicazione (DTAM, Document Transfer and Manipulation) è definita come la piattaforma comune per il trasferimento da estremo a estremo di applicazioni OSI e di servizi telematici. È strutturata secondo l'ottica di fornire funzionalità di trasferimento, di manipolazione e di gestione del documento elettronico in linea con i concetti espressi dall'ODA (Open Document Architecture). Ciò consente la definizione completa, nei contenuti e nei formati, di un qualsiasi documento. Secondo DTAM, un documento è una collezione di informazioni di varia natura (testo, tabelle, diagrammi, grafici, disegni, voce e suoni) strutturate in modo da essere utilizzabili da un utente umano e rappresentabili in un sistema di elaborazione. L'ODA definisce due differenti strutture di documento: una logica e una fisica. La struttura logica è orientata agli oggetti logici, e cioè agli elementi specifici nell'organizzazione concettuale del documento, e, in quanto tali, dipendenti dalla particolare natura del documento. Data la stretta dipendenza degli oggetti logici dal tipo dell'applicazione telematica, l'ODA non predefinisce alcun insieme di oggetti logici. La struttura fisica è orientata agli oggetti di formato, e cioè alle possibili forme di organizzazione dell'informazione su un supporto fisico di uscita leggibile dall'operatore umano (video, carta, ecc.). Se di un documento è disponibile solo la struttura fisica, esso viene presentato all'utente nella sua forma originale o nella sua forma finale senza possibilità di apportarvi modifiche. Se di un documento è disponibile solo la struttura logica, esso viene visualizzato in una forma eventualmente approssimata ai fini della percezione visiva, ma tale da consentire l'accesso e la modifica di ogni singolo oggetto logico. Se di un documento sono disponibili entrambe le strutture, esso viene presentato all'utente esattamente nella sua forma originale o finale, ma con la possibilità di accesso e di modifica di ogni singolo oggetto logico.

I servizi telematici. - Nella terminologia degli organi di normalizzazione si chiama servizio telematico un'applicazione OSI offerta da un fornitore operante sulla rete pubblica e accessibile tramite un terminale con caratteristiche funzionali e d'interfaccia appositamente normalizzate. Sono stati definiti e sono in esercizio da vari anni alcuni servizi telematici quali il Teletex, il Videotex e il Telefax. Per questi vengono date alcune sommarie notizie.

Teletex. - È un servizio per il trasferimento di testi da terminale a terminale, originariamente concepito come miglioramento del servizio Telex. Rispetto a quest'ultimo, presenta prestazioni migliorate in termini di ritmo di trasferimento (almeno 2400 bit/s), in termini di reti di trasporto utilizzabili (anche reti a pacchetto e non solo a circuito) e in termini di funzionalità del terminale (per es., migliorate possibilità di composizione del documento da trasferire e di riproduzione di documenti ricevuti, un più vasto repertorio di caratteri).

Videotex. - È un servizio di accesso a banche di dati d'interesse generale (per es. orari dei mezzi pubblici di trasporto, notizie di cronaca, spettacoli, ecc.) per utenti residenziali o per affari collegati a una rete di telecomunicazione pubblica. Le informazioni reperite sono visualizzate in forma sia alfanumerica che grafica, utilizzando un repertorio di attributi di visualizzazione. Le informazioni, visualizzate per pagine, vengono acquisite con una ricerca ad albero. L'utente parte da una prima pagina che gli offre un menu di possibilità. Ogni scelta successiva comporta la visualizzazione di una nuova pagina, la quale espande l'indice dei contenuti; finché, così procedendo, l'utente arriva all'informazione desiderata. Questa organizzazione ad albero comporta un tempo di accesso piuttosto lungo, ma dà la possibilità all'utente di accedere a un volume di informazioni teoricamente illimitato. Al termine Videotex, che è la dizione ufficiale in seno agli organi di normalizzazione internazionali, corrispondono nei vari paesi nomi commerciali specifici: per es. Prestel in Gran Bretagna, Minitel in Francia, Videotel in Italia, Bildschirmtext in Germania. Il servizio offre anche le seguenti prestazioni: immissione di informazioni (per es. compilazione di questionari), transazioni interattive di vario tipo (per es. prenotazioni di spettacoli, di alberghi, di posti su mezzi di trasporto, trasferimento elettronico di fondi).

Telefax. - È un servizio (detto più comunemente fax) per la riproduzione a distanza, normalmente in bianco e nero, di immagini fisse, che possono contenere dattiloscritti, manoscritti, disegni, grafici e fotografie (documenti). In questo caso la rappresentazione del documento è effettuata con tecnica a reticolo (raster), che simula il funzionamento dell'occhio nell'acquisizione di un'immagine. Il trasferimento di un'immagine è effettuato, per il tramite di una rete di telecomunicazione, emettendo un flusso informativo che rappresenta il risultato di una scansione ottica dell'originale effettuata nell'apparato emittente. Il contenuto informativo del documento è tradotto dal sistema di scansione in un segnale elettrico analogico o numerico. Questo, dopo opportune elaborazioni (codifica e modulazione), viene trasmesso al terminale ricevente, dove subisce le operazioni complementari e viene riconvertito in immagine da un sistema di registrazione. Estremamente importanti nel processo di registrazione sono la sincronizzazione del dispositivo di registrazione e di quello di scansione, nonché il mantenimento della relazione di fase tra i due dispositivi per tutta la durata della trasmissione.

L'ITU-T ha definito tre gruppi di apparati Telefax da usare con la rete telefonica pubblica (gruppi 1, 2 e 3) e un gruppo da impiegare sulle reti per dati (gruppo 4). Mentre i gruppi 1 e 2 hanno oggi ormai solo un interesse storico, nei gruppi 3 e 4 il segnale emesso è in forma numerica. Inoltre, mentre il gruppo 3 non prevede alcun meccanismo di controllo degli errori di trasmissione, e pertanto la copia ricevuta può presentare difformità dall'originale, il gruppo 4, che è quello raccomandato a lungo termine, utilizza procedure di controllo del trasferimento che garantiscono una riproduzione fedele del documento. Sono in fase di commercializzazione anche terminali capaci di operare nel cosiddetto modo misto (Teletex-Telefax gruppo 4), in cui l'informazione organizzata a reticolo è combinata con quella organizzata a caratteri. Il modo misto è talvolta considerato un quarto servizio telematico, in aggiunta ai tre qui descritti. È da rilevare infine che il gruppo 4 è funzionalmente strutturato in tre classi: classe 1: solo invio di informazioni del tipo a reticolo; classe 2: può emettere immagini del tipo a reticolo e ricevere informazioni con modo misto; classe 3: emette e riceve informazioni con modo misto.

Bibl.: A.S. Tanenbaum, Computer networks, Englewood Cliffs (N.J.) 1989; M.T. Rose, The open book, a practical perspective on OSI, ivi 1990; R.J. Cypser, Communications for cooperating systems, OSI, SNA and TCP/IP, Reading (Mass.) 1992; R. Gallager, D. Bertsekas, Data networks, Englewood Cliffs (N.J.) 1992.

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