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 classico, senza tag VLAN, misura da 64 a 1518 byte, contando dal MAC di destinazione fino al FCS incluso. Preambolo (7 byte) e SFD (1 byte) precedono il frame e sono esclusi da questo conteggio. Con un tag IEEE 802.1Q di 4 byte la dimensione massima ordinaria diventa 1522 byte. Coesistono due formati: Ethernet v2.0 e IEEE 802.3. I campi principali includono:
| Campo | Funzione |
|---|---|
| Preamble + SFD (prima del frame) | 8 byte per sincronizzazione e delimitazione; esclusi dai 64–1518 byte |
| 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 |
| Padding (Ethernet II e 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.
Nella commutazione store-and-forward lo switch riceve e memorizza in un buffer l’intero frame prima di inoltrarlo. Può così verificarne l’integrità tramite FCS e scartare i frame corrotti. Nel cut-through, invece, l’inoltro può iniziare prima di ricevere tutto il frame, dopo aver letto le informazioni necessarie alla scelta della porta di uscita.
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.