Fondamenti del Livello Data Link: Protocolli, Accesso al Mezzo e Topologie di Rete

1) Preparazione dei Pacchetti del Livello Data Link per la Trasmissione

Per il trasporto attraverso i mezzi locali, i pacchetti vengono incapsulati con un header e un trailer per creare una trama (frame).

2) Metodi di Accesso al Mezzo del Livello Data Link

Descrivere quattro metodi generali di accesso ai mezzi di livello Data Link e suggerire ambienti di comunicazione in cui questi metodi possono essere implementati correttamente.

Metodi di Medium Access Control (MAC) per Mezzi Condivisi:

• Controllati: Ogni nodo ha il suo tempo per utilizzare il mezzo. Tipico delle topologie ad anello (es. Token Ring).
• Basati sulla Contesa: Tutti i nodi competono per l'utilizzo del mezzo. Tipico delle topologie a bus (es. Ethernet legacy, Wi-Fi).

Metodi di Medium Access Control (MAC) Punto-a-Punto:

• Half-duplex: Il nodo può trasmettere o ricevere, ma non contemporaneamente. Tipico di collegamenti a bassa larghezza di banda su lunghe distanze.
• Full-duplex: Il nodo può trasmettere e ricevere contemporaneamente. Tipico di collegamenti a larga banda su lunghe distanze, con connessione diretta.

3) Somiglianze e Differenze Logiche tra Topologie Punto-a-Punto e Multi-Accesso

Topologia Logica Punto-a-Punto:

Una topologia punto-a-punto collega due nodi. Nelle reti dati con topologie punto-a-punto, il protocollo di Media Access Control può essere molto semplice. Tutte le trame possono viaggiare solo tra i due nodi. Le trame vengono inserite nel mezzo da un nodo e ricevute dall'altro.

Nelle reti punto-a-punto, se i dati possono fluire solo in una direzione alla volta, il collegamento funziona in modalità half-duplex. Se i dati possono fluire contemporaneamente da ogni nodo, si tratta di un collegamento full-duplex.

Topologia Logica Multi-Accesso:

Una topologia logica multi-accesso permette a un numero di nodi di comunicare utilizzando lo stesso mezzo comune. I dati da un singolo nodo possono essere inseriti nel mezzo in qualsiasi momento. Ogni nodo vede tutte le trame che sono nel mezzo, ma solo il nodo a cui la trama è destinata elabora il suo contenuto.

La condivisione del mezzo da parte di molti nodi richiede un metodo di controllo dell'accesso al mezzo (MAC) per regolare la trasmissione dei dati e quindi per ridurre le collisioni tra i vari segnali.

4) Funzioni di una Topologia Logica ad Anello

In una topologia logica ad anello, ogni nodo riceve una trama che passa. Se la trama non è indirizzata a quel nodo, il nodo la passa al nodo successivo. Questo permette una tecnica di controllo dell'accesso al mezzo chiamata "passaggio del token" (token passing).

Il mezzo di solito trasporta una trama alla volta. Se non ci sono dati in trasmissione, un segnale (conosciuto come un token) circola nel mezzo. Un nodo può inserire una trama di dati nel mezzo solo quando possiede il token.

5) Protocolli Comuni del Livello 2

Cinque protocolli di livello 2:

• Point to Point Protocol (PPP)
• Ethernet
• High-Level Data Link Control (HDLC)
• Frame Relay
• Asynchronous Transfer Mode (ATM)

6) Differenze tra Indirizzi del Livello Data Link e del Livello di Rete

A differenza degli indirizzi logici del Livello 3, che sono gerarchici, gli indirizzi fisici del Livello 2 non indicano in quale rete si trova il dispositivo. Se il dispositivo viene spostato in un'altra rete o sottorete, l'indirizzo fisico del Livello 2 rimane invariato.

Poiché la trama è utilizzata solo per il trasporto dei dati tra i nodi attraverso il mezzo locale, l'indirizzo del livello Data Link è utilizzato solo per le consegne locali. Gli indirizzi di questo livello non hanno alcun significato al di fuori della rete locale.

Al contrario, il Livello 3 utilizza le informazioni nell'header per instradare i pacchetti dall'host sorgente alla destinazione, indipendentemente dal numero di hop di rete lungo il percorso.

7) Campi dell'Header e del Trailer di una Trama Data Link

I campi tipici dell'header e del trailer di una trama includono:

• Campo di Inizio Trama (Start Frame Field): Indica l'inizio di una trama.
• Indirizzi di Destinazione e Origine: Indicano i nodi di destinazione e di origine nel mezzo.
• Priorità / Qualità dei Servizi (QoS): Indica un particolare tipo di servizio di comunicazione per l'elaborazione.
• Campo Tipo: Indica il protocollo di livello superiore contenuto nella trama.
• Campo di Controllo della Connessione Logica: Usato per stabilire una connessione logica tra i nodi.
• Campo di Controllo del Collegamento Fisico: Utilizzato per gestire il collegamento fisico.
• Campo di Controllo di Flusso: Consente di avviare e fermare il traffico che attraversa il mezzo.
• Campo di Controllo della Congestione: Indica la congestione nel mezzo.

8) Funzione del Frame Check Sequence (FCS) nel Trailer della Trama Data Link

I mezzi di comunicazione sono un ambiente potenzialmente pericoloso per i dati. I segnali nei mezzi di comunicazione possono essere soggetti a interferenze, distorsioni o perdite che potrebbero cambiare in modo sostanziale i valori dei bit che rappresentano tali segnali.

Per garantire che il contenuto della trama ricevuta a destinazione corrisponda a quello della trama che ha lasciato il nodo di origine, un nodo di trasmissione crea una sintesi logica del contenuto della trama. Questo valore è chiamato Frame Check Sequence (FCS) ed è posizionato nel trailer per rappresentare il contenuto della trama.

Quando la trama raggiunge il nodo di destinazione, il nodo ricevente calcola un proprio valore FCS per la trama ricevuta. Il nodo ricevente confronta i due valori FCS. Se i due valori sono uguali, si presume che la trama sia stata trasmessa correttamente. Se i valori FCS sono diversi, la trama viene scartata.

C'è sempre una piccola probabilità che una trama con un FCS valido sia in realtà danneggiata (errori di bit possono annullarsi a vicenda nel calcolo del FCS). I protocolli di livello superiore devono individuare e correggere questa perdita di dati.