Laboratorio di Calcolo Avanzato del Dipartimento di Fisica

Il Modello IEEE 802

Una LAN e' una rete di calcolatori che si propongono come scopo una soluzione piu' idonea al problema dell'interconnessione di sistemi su base locale di quanto non fossero le soluzioni progettate per le reti geografiche (WAN). Per definizione:
Una LAN e' un sistema di comunicazione che permette ad apparecchiature indipendenti di comunicare tra loro, entro un'area delimitata utilizzando un canale fisico a velocita' elevata e con basso tasso d'errore.
Tutti i sistemi connessi ad una LAN sono paritetici contrariamente a quanto succedeva utilizzando i mainframe o in generale l'elaboratore centrale connesso a terminali o stazioni che era basato sul concetto master-slave.
La modalita' operativa dell'utente della LAN consiste nel non utilizzare la rete per la maggior parte del tempo e di avere bisogno di prestazioni molto alte quando questo accade. Questo tipo di modalita' viene detto a "burst". Per questo motivo si e' avuto un grande sviluppo delle LAN che utilizzano un solo canale trasmissivo ad alta velocita' condiviso da tutti i sistemi collegati piuttosto che altre tecniche quali i PBAX digitali che allocano permanentemente a ciascun utente una piccola banda che risulta inutilizzata per la maggior parte del tempo e di prestazioni troppo limitate quando deve essere utilizzata.
La trasmissione e' sempre di tipo broadcast: un sistema trasmette e tutti gli altri ricevono.
Vista la intrinseca affidabilita' delle LAN, non c'e` la necessita di correggere gli errori a livello data-link e quindi normalmente vengono utilizzati protocolli di livello 2 connection-less ad alte prestazioni.

Le caratteristiche di una LAN sono le seguenti:

Quando le LAN iniziarono a diffondersi l'IEEE decise di costituire sei comitati per studiare il problema della standardizzazione della LAN e delle MAN, complessivamente raccolti nel progetto IEEE.802; tali comitati sono:

La struttura generale del progetto IEEE 802 e' riportata nella figura seguente:

A tali comitati se ne sono aggiunti altri tra cui:

IEEE 802 introduce l'idea che LAN e MAN devono fornire un'interfaccia unificata verso il livello network, pur utilizzando tecnologie trasmissive differenziate. Per fare cio' e' stato diviso il livello Data Link in due sottolivelli: LLC (Logical Link Control) e MAC (Media Access Control).
Il sottolivello LLC e' comune a tutte le LAN, mentre il MAC e' peculiare di ciacuna LAN, cosi' come il livello fisico a cui e' strettamente associato. Il sottolivello LLC e' descritto nell'apposito IEEE 802.2 mentre i vari MAC sono descritti negli standard relativi a ogni rete locale.

MAC

Il sottolivello MAC e' specifico di ogni LAN e risolve il problema della condivisione del mezzo trasmissivo. Esistono vari tipi di MAC quali la contesa, il token, la prenotazione, il round robin. Il MAC e' indispensabile in quanto a livello 2 le LAN implementano sempre una sottorete trasmissiva di tipo broadcast in cui ogni sistema riceve tutti i frame inviati dagli altri. Questo tipo di strategia implica la soluzione di due problemi:
  1. In trasmissione, verificare che il canale sia libero prima di trasmettere e risolvere eventuali conflitti di piu' sistemi che vogliano utilizzare contemporaneamente il canale;
  2. In ricezione, determinare a quali sistemi e' effettivamente destinato il messaggio e quale sistema lo ha generato.
La risposta al primo problema e' data ai vari algoritmi di MAC mentre la soluzione al secondo implica la presenza di indirizzi a livello MAC che trasformino trasmissioni broadcast in:
IEEE 802.3 (CSMA/CD)
Utilizza un MAC di tipo CSMA/CD in cui l'arbitraggio del canale trasmissivo avviene tramite un meccanismo di contesa non deterministico, che non garanatisce un tempo di attesa limitato superiormente. Prevede una topologia logica a bus con cablaggio a bus e a stella. La velocita' trasmisiva e' di 10Mb/s e il throughput massimo e' di circa 4Mb/s
IEEE 802.5 (Token Ring)
Lo standard prevede topologia ad anello, con cablaggio stellare o a doppio anello. L'arbitraggio del canale trasmissivo avviene tramite token e quindi il protocollo e' deterministico, con tempo di attesa limitato superiormente. La velocita' puo' essere di 4 o 16 Mb/s con throughput massimo di 3 o 12 Mb/s.
FDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) e' una rete locale ad alte prestazioni inserita nel progetto IEEE 802 ma standardizzata dall'ISO con la sigla 9314. Lo standard prevede una topologia logica ad anello, con cablaggio stellare o a doppio anello. L'arbitraggio del canale trasmissivo avviene tramite token e quindi il protocollo e' deterministico, con tempo di attesa limitato superiormente. La velocita' trasmisiva e' di 100 Mb/s e il throughput massimo e' di circa 80Mb/s.

La trama MAC (MAC-PDU) contiene due indirizzi (SAP), uno di mittente (MAC-SSAP) e uno di destinatario (MAC-DSAP), un campo INFO contenente il pacchetto LLC e una FCS su 32 bit per il controllo di errori di trasmissione. Gli indirizzi MAC sono lunghi 6 byte e sono univoci a livello mondiale. Essi sono scritti in una ROM dal costruttore della scheda di rete. I 3 byte piu' significativi indicano il lotto degli indirizzi assegnato al costruttore della scheda di rete; i 3 byte meno significativi sono una numerazione interna progressiva decisa dal costruttore stesso. I primi due bit trasmessi sul canale hanno un'importanza particolare: il primo si chiama I/G (Individual/Group) ed indica se l'indirizzo e' di un singolo sistema o di un gruppo di sistemi, il secondo U/L (Universal/Local) indica se l'indirizzo e' stato assegnato ufficialmente o e' stato deciso su base locale.

Quando una scheda di rete riceve un pacchetto, non lo passa automaticamente al livello superiore ma effettua una serie di controlli. Per prima cosa controlla l'integrita' del pacchetto (la sua lunghezza e il campo FCS), quindi analizza l'indirizzo di destinazione che puo' essere di tre tipi:
se il MAC-DSAP e' broadcast, il pacchetto viene mandato sempre al LLC
se il MAC-DSAP e' single, il pacchetto viene passato all'LLC solo se il MAC-DSAP e' uguale all'indirizzo hardware della scheda
se il MAC-DSAP e' multicast, si verifica se la ricezione di quel multicast e' abilitata dal software di livello superiore.

LLC (Logical Link Control)

LLC ha lo scopo di fornire un'interfaccia unificata con il livello network, il piu' simile possibile a quella delle reti geografiche. E' stato progettato come una variante di HDLC per le reti locali. LLC, contrariamente ad HDLC, non si appoggia direttamente sul livello fisico bensi' sul livello MAC; puo' operare sia in modalita' connessa che non connessa, anche se la prima e' la piu' diffusa. La LLC-PDU ha una struttura molto simile a quella di HDLC e prevede due campi indirizzo (Source e Destination), un campo Control ed un campo Information. In funzione dei valori assunti dal campo control si distinguono tre diversi tipi di PDU di cui il primo e' il piu' importante: Unnumbered-PDU (U-PDU), Information-PDU (I-PDU), Supervisory-PDU (S-PDU).

Scopo di LLC e' anche quello di fornire un supporto standard alla convivenza di piu' protocolli di livello superiore. A tal fine LLC ha un suo SAP che viene utilizzato per distinguire tra i diversi protocolli che vi si appoggiano.

I SAP di LLC sono grandi un byte e sono percio' previste 63 codifiche utili per indicare quale protocollo di livello superiore ha originato il pacchetto. E' stato previsto un particolare pacchetto LLC detto SNAP, che si ha quando i campo LLC-SAP assumono il valore AA, che serve per contenere le PDU di livello 3 dei protocolli proprietari non riconosciuti dall'iso.

Il protocollo LLC fornisce al livello Network 3 tipi di servizi:

Documento realizzato da Roberto Covati
Fonti: "RETI LOCALI" DI S.GAI, Ed. Scuola Superiore ROMOLI