4.5.2) IEEE 802.5

Nel 1972 IBM scelse l'anello per la sua architettura di LAN, a cui diede il nome di Token Ring. Successivamente, IEEE ha definito lo standard IEEE 802.5 sulla base di tale architettura.

Le differenze principali sono che la rete IBM prevede velocità di 4 Mbps e 16 Mbps, mentre 802.5 prevede oltre ad esse anche la velocità di 1 Mbps.

4.5.2.1) Cablaggio

Il cablaggio più diffuso è basato su doppino telefonico:

schermato (STP);
non schermato (UTP):
- categoria 3, 4 o 5 per 4 Mbps;
- categoria 4 o 5 per 16 Mbps.

Normalmente il cablaggio è fatto utilizzando un wire center, che ha la possibilità di isolare parti dell'anello guaste: se manca corrente su un lobo il corrispondente relais si chiude automaticamente.

Figura 4-14: Cablaggio con wire center

I lobi hanno una lunghezza massima variabile, a seconda del cablaggio utilizzato:

UTP cat. 4: 150 metri;
UTP cat. 5: 195 metri;
STP: 340 metri.

Le stazioni possono essere al massimo 260.

4.5.2.2) Codifica dei dati

Si usa la codifica Differential Manchester Encoding, definita così:

valore zero: all'inizio della trasmissione del bit si fa una transizione;
valore uno: all'inizio della trasmissione del bit non si fa una transizione;
a metà del bit si fa in entrambi i casi una transizione.

Figura 4-15: Codifica Differential Manchester

4.5.2.3) Protocollo MAC 802.5

La struttura del token e del frame di 802.5 è la seguente:

Figura 4-16: Token e frame 802.5

I campi del frame hanno le seguenti funzioni:

SD, ED	Starting e ending delimiter: contengono all'interno due coppie di bit codificati con i valori high-high e low-low, in violazione della codifica Manchester. Si usano high-high e low-low accoppiati per non introdurre uno sbilanciamento del codice.
AC	Access control, serve per il controllo dell'accesso. E' costituito di 8 bit: `PPPTMRRR` i tre bit P indicano la priorità attuale; il bit M serve per il controllo di frame orfani: il monitor lo setta ad 1 al passaggio del frame, e se lo ritrova ad uno al passaggio successivo il frame è orfano e viene tolto dall'anello; il bit T, detto token bit, identifica un token (se vale 0) o un frame (se vale 1); i tre bit R indicano la priorità richiesta.
FC	Frame control, distingue frame contenenti dati da frame con funzioni di controllo.
Indirizzi	come 802.3.
RI	Routing information, contiene (se c'è) le informazioni necessarie al source routing (vedremo più avanti).
Dati	contiene il payload del livello superiore.
Checksum	è un codice CRC come quelli già visti.
FS	Frame status, serve per sapere cosa è successo del frame. Contiene, fra l'altro, due bit, A e C, gestiti come segue: bit A: viene messo ad 1 (dal destinatario) quando il frame gli arriva; bit C: viene messo ad 1 (dal destinatario) quando il frame gli arriva ed il destinatario lo copia al suo interno.

4.5.2.4) Funzionamento di 802.5

Quando il token circola e una stazione vuole trasmettere, essa, che è in listen mode, opera come segue:

aspetta che arrivi il token;
quando il token arriva:
- lascia passare SD;
- lascia passare i bit PPP di AC;
- quando ha nel buffer il token bit T:
  - lo cambia in uno, trasformando il token in un frame;
  - invia il bit T modificato sul ring;
  - si mette immediatamente in transmit mode;
  - invia il resto del frame;
quando il frame è trasmesso:
- se non ha esaurito il THT (Token holding time) può trasmettere un altro frame;
- altrimenti rigenera un nuovo token e lo trasmette;
- appena trasmesso l'ultimo bit del token si rimette immediatamente in listen mode.

Ogni ring ha una stazione con un ruolo speciale, il monitor (ogni stazione è in grado di diventare il monitor). Il monitor viene designato all'avvio dell'anello. I suoi compiti principali sono:

rigenerare il token se esso si perde;
ripulire il ring dai resti di frame danneggiati;
ripulire il ring dai frame orfani.

4.5.3) Confronto fra 802.3 ed 802.5

Vantaggi di 802.3:

ha un'enorme diffusione;
esibisce un buon funzionamento a dispetto della teoria.

Svantaggi di 802.3

ha sostanziose componenti analogiche (per il rilevamento delle collisioni);
il funzionamento peggiora con forte carico.

Vantaggi di 802.5:

è totalmente digitale;
va molto bene sotto forte carico.

Svantaggi di 802.5

c'è ritardo anche senza carico (per avere il token);
ha bisogno di un monitor (e se è "malato", cioé malfunzionante, e nessuno se ne accorge?).

In definitiva, nessuna delle due può essere giudicata la migliore in assoluto.

4.5.4) IEEE 802.2

Questo standard, chiamato Logical Link Control (LLC),definisce la parte superiore del livello data link in modo indipendente dai vari sottolivelli MAC.

Ha due funzioni principali:

fornire al livello network un'interfaccia unica, nascondendo le differenze fra i vari sottolivelli MAC;
fornire, se è richiesto dal livello superiore, un servizio più sofisticato di quello offerto dai vari sottolivelli MAC (che, ricordiamo, offrono solo servizi datagram). Esso infatti offre:
- servizi datagram;
- servizi datagram confermati;
- servizi affidabili orientati alla connessione.

Il frame LLC è modellato ispirandosi a HDLC, con indirizzi di mittente e destinatario, numeri di sequenze, numeri di ack (questi ultimi due omessi per i servizi datagram), ecc.

Gli indirizzi LLC sono lunghi un byte e servono sostanzialmente ad indicare quale protocollo di livello superiore deve ricevere il pacchetto di livello tre; in questo modo LLC offre un supporto multiprotocollo al livello superiore.

Il frame LLC viene imbustato, in trasmissione, in un frame dell'opportuno sottolivello MAC. Il processo inverso ha luogo in ricezione.

Figura 4-17: Buste LLC e MAC

4.6) Il bridge

Molto spesso c'è la necessità di connettere fra di loro LAN distinte, per molte ragioni:

due LAN di tipo differente (ad esempio una Ethernet ed una Token ring), che non si possono semplicemente collegare l'una con l'altra, contengono host che vogliono dialogare fra loro;
si vuole una LAN la cui lunghezza superi i limiti massimi consentiti (ad esempio, 2,5 km per Ethernet);
si desidera, nel caso di una LAN contenente molti host, suddividerla in molteplici LAN interconnesse. Questo per tenere separato il traffico generato nelle sue parti, in modo da avere un traffico totale molto superiore a quello possibile su una singola LAN.

Due o più LAN possono essere interconnesse con dispositivi detti bridge, che operano a livello data link.

Ciò significa che la loro operatività è basata esclusivamente sulle informazioni contenute nelle buste di livello due, mentre non vengono prese affatto in considerazione quelle di livello tre. Questa è la caratteristica fondamentale che li differenzia dai router, che invece agiscono a livello tre.

Figura 4-18: Interconnessione di LAN tramite bridge

In questo esempio il traffico totale (se è tutto confinato entro le singole LAN) può arrivare a tre volte quello di una singola LAN. Solo il traffico fra host di LAN diverse attraversa il bridge.

I bridge si occupano di instradare il traffico da una LAN all'altra. E' importante sottolineare che, anche se l'instradamento di per se è una funzione tipica del livello tre, qui avviene sulla base dei soli indirizzi di livello due, quindi il bridge appartiene in tutto e per tutto al livello data link.

Il funzionamento di un bridge, che ha tante interfacce di rete quante sono le LAN alle quali è fisicamente collegato, è il seguente:

quando una delle interfacce di rete del bridge riceve un frame MAC, lo passa al relativo software di livello MAC che toglie la busta MAC;
il resto viene passato dal livello MAC al software di livello LLC del bridge, nel quale, sulla base dell'indirizzo di destinazione, si decide a quale LAN inviarlo:
- se la destinazione si trova sulla LAN di provenienza il frame viene scartato;
- altrimenti, il frame LLC viene passato al livello MAC competente per la LAN di destinazione, che lo imbusta in un frame MAC e provvede ad inviarlo su tale LAN, secondo le regole di quest'ultima.

Si noti che un bridge è ben diverso da un ripetitore, che copia pedissequamente tutto ciò che riceve da una linea su tutte le altre. Il bridge infatti acquisisce un frame, lo analizza, lo ricostruisce e lo instrada, quindi può anche essere configurato in modo da filtrare (cioé non far passare) alcuni tipi di traffico. Ciò tipicamente avviene in funzione dell'indirizzo LLC, che identifica il protocollo di livello superiore, o sulla base dell'indirizzo MAC del mittente o del destinatario.

I bridge progettati per interconnettere LAN di tipo diverso devono risolvere vari problemi legati alle diverse regole in vigore su tali LAN, tra cui:

formati dei frame differenti;
data rate differenti;
massima lunghezza di frame differente: è fuori questione spezzare un frame in questo livello, dato che tutti i protocolli si aspettano che il frame o arrivi per intero o non arrivi affatto; ad esempio, nello standard 802 i frame troppo grandi devono essere scartati;
funzioni previste da un tipo di LAN ma non dall'altra: ad esempio, il concetto di priorità ed i bit A e C presenti in 802.5 non hanno un equivalente in 802.3.

4.6.1) Standard IEEE per i bridge

Ci sono due tipi di bridge standardizzati da IEEE:

transparent bridge (promossi dai comitati 802.3 e 802.4)
source-routing bridge (scelti dal comitato 802.5)

Il transparent bridge (IEEE 802.1 part D) può essere installato e diventare operativo in modo totalmente trasparente, senza richiedere niente altro che la connessione fisica e l'accensione. Incredibile a dirsi, la cosa funziona!

Il mecccanismo è il seguente:

Dal momento in cui il bridge viene attivato, esamina tutti i frame che gli arrivano dalle varie LAN, e sulla base di questi costruisce progressivamente le sue tabelle di instradamento. Infatti, ogni frame ricevuto consente al bridge di sapere su quale LAN si trova la stazione che lo ha inviato.
Ogni frame che arriva al bridge viene ritrasmesso:
- se il bridge ha nelle sue tabelle di instradamento l'indirizzo del destinatario, invia il frame sulla corrispondente LAN;
- altrimenti il frame viene inviato a tutte le LAN tranne quella di provenienza, con una tecnica detta flooding (che vedremo meglio più avanti);
- man mano che il bridge aumenta la sua conoscenza degli indirizzi delle varie macchine, la ritrasmissione diventa sempre più selettiva (e quindi più efficiente).
Le tabelle vengono aggiornate ogni qualche minuto, rimuovendo gli indirizzi che non si sono fatti vivi nell'ultimo periodo (così, se una macchina si sposta, entro pochi minuti viene di nuovo indirizzata correttamente) Questa tecnica si chiama backward learning.
Se ci sono maglie nella topologia di connessione delle LAN, i bridge si costruiscono di essa uno spanning tree, che poi utilizzano per l'instradamento, al fine di evitare la generazione di un infinito numero di duplicati durante il flooding.

Il source-routing bridge (nato per le reti 802.5) è progettato invece per ottenere l'instradamento più efficiente possibile, anche a scapito della trasparenza.

L'idea di base è che il mittente indichi esplicitamente il cammino (espresso come sequenza di bridge e reti) che il frame deve percorrere. L'amministratore di sistema deve assegnare numeri di identificazione distinti ad ogni rete e ad ogni bridge, operazione che deve essere fatta manualmente.

Tali informazioni sono incluse in un apposito campo RI (Routing Information) del frame 802.5, e la loro eventuale presenza è indicata dal valore 1 del bit più significativo dell'indirizzo sorgente (che, essendo sempre relativo a un indirizzo singolo e mai di gruppo o broadcast, originariamente è sempre zero). Il bridge esamina solo i frame che hanno tale bit a uno.

E' ovvio che ogni host deve avere il quadro della topologia delle connessioni, memorizzato in un'apposita struttura dati. Per costruirla e mantenerla, il meccanismo usato è il seguente:

quando un host deve spedire un frame ma non conosce il cammino da seguire per raggiungere la destinazione, invia un discovery frame, chiedendo tale informazione;
il discovery frame viene inviato in flooding da ogni bridge a tutti gli altri, e quindi raggiunge tutti gli host. In questa fase, ogni bridge scrive nel discovery frame il suo ID, che si aggiunge a quello dei bridge precedentemente incontrati. Quando un discovery frame arriva alla destinazione, contiene tutto il cammino percorso;
quando l'host di destinazione riceve un discovery frame, lo invia indietro al mittente;
il mittente, sulla base del primo discovery frame che ritorna (considerando il relativo cammino quello più conveniente) aggiorna le sue tabelle e può mandare il frame che voleva spedire originariamente.

Un vantaggio di questo schema di funzionamento è che si trova sempre il cammino ottimo; uno svantaggio è l'esplosione del numero di discovery frame.

Dopo un periodo in cui entrambi gli standard sopra descritti erano abbastanza diffusi, oggi praticamente tutti i bridge costruiti sono di tipo transparent, ed al più offrono la funzionalità source-routing come un'opzione supplementare.

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