Il Progetto IEEE 802 è un insieme di standard sviluppati per definire la realizzazione delle reti LAN ai livelli Physical e Data Link del modello ISO/OSI. Nato nel febbraio 1980, ha standardizzato le principali tecnologie usate oggi, tra cui: Ethernet (802.3) e Wi-Fi (802.11).
L’accesso al mezzo avviene in modo casuale. Se due trasmissioni si sovrappongono si genera una collisione (conflitto), risolta tramite regole di mediazione.
La trasmissione avviene in un istante definito e va a buon fine. Sono adatte a comunicazioni real time perché garantiscono un ordine e un accesso regolato al mezzo.
Il progetto IEEE 802 suddivide il livello Data Link in due sottolivelli: LLC e MAC. Questa separazione consente di mantenere un’interfaccia logica stabile verso il livello Network, pur cambiando tecnologie e mezzi fisici di trasmissione.
È il sottolivello superiore. Fornisce un’interfaccia unificata verso il livello Network, indipendentemente dalla tecnologia sottostante.
È il sottolivello inferiore. Risolve il problema dell’accesso al mezzo condiviso e contiene l’indirizzamento fisico.
Ethernet (IEEE 802.3) si è evoluta nel tempo: dalle reti a 10 Mbps fino a decine di Gbps e oltre. Il passaggio dagli HUB agli switch ha reso possibile l’uso della modalità full-duplex, eliminando il problema delle collisioni tipico dell’half-duplex.
Il PoE permette di alimentare dispositivi di rete usando lo stesso cavo twisted-pair che trasporta i dati.
Il frame Ethernet ha lunghezza variabile tra 64 e 1518 byte. Coesistono due formati: Ethernet v2.0 e IEEE 802.3. I campi principali includono:
| Campo | Funzione |
|---|---|
| Preamble + SFD | Sincronizzazione e delimitazione di inizio frame |
| Destination MAC | Indirizzo fisico del destinatario |
| Source MAC | Indirizzo fisico del mittente |
| Type (Ethernet II) / Length (802.3) | Tipo di protocollo superiore (Type) oppure lunghezza dati (Length) |
| Data | Dati del livello superiore incapsulati |
| PAD (802.3) | Riempimento per garantire la lunghezza minima del frame |
| FCS | Controllo errori (Frame Check Sequence) |
Nelle reti Ethernet half-duplex (tipicamente con HUB) l’accesso al mezzo è regolato da CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
L’algoritmo tende a favorire gli host con meno collisioni consecutive. Se si verificano 16 collisioni consecutive, viene segnalato un errore ai livelli superiori.
Gli switch operano a livello 2 (Data Link). Nelle moderne LAN si utilizza la modalità full-duplex e, di conseguenza, non esistono collisioni come nelle reti a hub.
Lo switch apprende gli indirizzi MAC sorgente dei frame in ingresso e associa ciascun MAC alla porta su cui è stato visto. In questo modo costruisce e aggiorna la MAC Table.
Tecnica comune: lo switch salva il frame in un buffer e lo inoltra (o scarta) solo dopo aver letto i campi necessari (in particolare il MAC di destinazione).
Gli standard 802.11 si sono evoluti nel tempo per aumentare la velocità e migliorare l’efficienza. Le reti Wi-Fi operano spesso su bande ISM (non soggette a licenza), come 2.4 GHz e 5 GHz.
I canali wireless possono essere parzialmente sovrapposti. Per ridurre interferenze, nella banda 2.4 GHz si usano spesso canali non sovrapposti come: 1, 6, 11.
Sono i dispositivi client (PC, smartphone, tablet) che si collegano via Wi-Fi.
Funziona da bridge tra rete cablata (wired) e rete wireless (wireless), consentendo ai WT di accedere alla LAN.
Nelle reti Wi-Fi si usa CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), basato sulla prevenzione delle collisioni. Questo è necessario perché nel wireless ci sono scenari in cui “ascoltare il canale” non basta a evitare collisioni.
Una stazione può non “sentire” la trasmissione di un’altra (fuori portata) e trasmettere, causando collisione sul destinatario comune.
Una stazione sente una trasmissione e rinuncia a trasmettere, anche se la sua destinazione è fuori dal raggio della trasmissione rilevata (rinuncia “inutilmente”).
Per ridurre i problemi tipici del wireless, CSMA/CA può usare lo scambio di frame: RTS (Request To Send) e CTS (Clear To Send), prima della trasmissione dei dati. Le stazioni che ricevono RTS/CTS aggiornano la loro “conoscenza” del canale e si astengono dal trasmettere: questo è chiamato carrier sensing virtuale.
Se non arriva CTS (o la trasmissione fallisce), la stazione applica un’attesa pseudocasuale calcolata con un algoritmo di backoff esponenziale binario, simile concettualmente a quello di CSMA/CD, per ridurre la probabilità di collisioni tra stazioni in attesa.