Il livello di collegamento dati: frame Ethernet, indirizzi MAC e comunicazione nella rete locale.
Il livello 2: collegamento dati
Come vengono organizzati e trasferiti i dati sul collegamento locale.
Il livello 2 del modello OSI, chiamato livello di collegamento dati o Data Link, organizza i dati in unità chiamate frame. Nelle reti Ethernet, ogni frame contiene un indirizzo MAC sorgente, un indirizzo MAC destinazione e i dati trasportati.
Il frame permette la comunicazione sul collegamento locale. Può contenere un pacchetto IP, ma indirizzi MAC e indirizzi IP svolgono funzioni diverse: i primi riguardano la consegna locale, mentre i secondi consentono l’indirizzamento logico e la comunicazione fra reti.
Dove si trova il livello 2?
Confronta i modelli OSI e TCP/IP.
Il modello OSI descrive la comunicazione attraverso sette livelli. Il modello TCP/IP, qui rappresentato nella versione a quattro livelli, raggruppa alcune funzioni: il livello Accesso alla rete comprende le funzioni dei livelli OSI 2 e 1.
| Livelli OSI | TCP/IP a quattro livelli | Esempi | Unità di dati |
|---|---|---|---|
| 7–6–5: applicazione, presentazione, sessione | Applicazione | HTTP, DNS | Dati |
| 4: trasporto | Trasporto | TCP, UDP | Segmento TCP / datagramma UDP |
| 3: rete | Internet | IPv4, IPv6 | Pacchetto |
| 2: collegamento dati | Accesso alla rete | Ethernet, Wi-Fi | Frame |
| 1: fisico | Accesso alla rete | Mezzi e segnali | Bit |
Concentrati sul livello 2: nelle reti Ethernet lo switch legge gli indirizzi MAC dei frame. Il frame può racchiudere un pacchetto IP, che contiene a sua volta altri dati: questo inserimento prende il nome di incapsulamento.
Incapsulamento (encapsulation): nel mittente, procedendo verso i livelli inferiori, vengono aggiunte le intestazioni del trasporto, di IP e di Ethernet; Ethernet aggiunge anche il controllo FCS in coda. Decapsulamento (decapsulation): nel destinatario, procedendo verso i livelli superiori, ciascun livello interpreta e rimuove le informazioni di propria competenza per consegnare il contenuto al livello successivo. Il livello fisico trasmette e riceve i bit attraverso segnali.
Il ruolo dello switch
Apprendere gli indirizzi e scegliere le porte di inoltro.
Lo switch collega i dispositivi della LAN. Quando riceve un frame, legge il MAC sorgente e lo associa alla porta di ingresso nella propria tabella MAC. Consulta poi il MAC destinazione per decidere su quali porte inoltrare il frame.
Se la destinazione è conosciuta, il frame può essere inoltrato sulla porta associata. Se è unicast sconosciuta, lo switch esegue flooding sulle altre porte abilitate della stessa VLAN. Anche i frame broadcast vengono diffusi all’interno della VLAN, escludendo la porta di ingresso.
Dal PC allo switch e al destinatario
I livelli descrivono funzioni svolte nei dispositivi, non una sequenza di apparati.
In una LAN, il PC mittente prepara il frame completo prima di trasmetterlo. Per una comunicazione applicativa su TCP, il frame contiene già il pacchetto IP, il segmento TCP e i dati. Non occorre passare da un dispositivo diverso per aggiungere ciascun livello.
Lo switch di livello 2 riceve il frame, apprende dal MAC sorgente e usa il MAC destinazione per decidere l’inoltro. Il contenuto dei livelli superiori è già presente, ma non deve essere interpretato per questa decisione. Il PC destinatario elabora invece i livelli necessari fino a consegnare i dati all’applicazione.
PDU è il nome generale dell’unità di dati di un livello: frame al livello 2, pacchetto al livello 3 e segmento TCP al livello 4. Non tutti i frame contengono la stessa sequenza: una Simple PDU di Packet Tracer usa normalmente Ethernet, IP e ICMP, senza TCP/UDP; un messaggio ARP è trasportato direttamente nel frame Ethernet.
Indirizzi e controllo del frame
Informazioni diverse collaborano alla comunicazione.
ARP permette di conoscere il MAC associato a un indirizzo IPv4 sul collegamento locale. La cache ARP associa IPv4 e MAC; la tabella MAC dello switch associa invece MAC e porta nel contesto della VLAN.
Il campo FCS del frame Ethernet consente di rilevare errori di trasmissione. La presenza di questo controllo non garantisce da sola la consegna dei dati e non corregge gli errori.
Le VLAN permettono di separare logicamente la rete in domini di broadcast distinti. La configurazione degli apparati avviene attraverso gli strumenti di amministrazione e l’interfaccia a riga di comando di Cisco IOS.