• Framing: i datagrammi sono incapsulati in frame. Il protocollo utilizzato ha il proprio frame (il frame Wi-Fi è diverso dal frame Ethernet).
• Consegna affidabile: spesso utilizzato in canali con alto tasso di errore come Wireless, non necessario in protocolli con tasso di errore sui bit basso (cavo coassiale, fibra, doppino).
• Rilevazione e correzione degli errori: gli errori sono causati da attenuazione del segnale (tipico di Wi-Fi) o disturbo elettromagnetico. I metodi usati qui sono più sofisticati dei checksum usati nei livelli superiori.

Il livello di collegamento è realizzato nella NIC (o scheda di rete).

In un canale broadcast vi sono più mittenti e più destinatari.
Il problema di questo tipo di canale è la gestione degli accessi multipli
Dato che in questo contesto un nodo può sia trasmettere che ricevere, c'è la probabilità che più nodi trasmettano contemporaneamente, causando delle collisioni, i nodi possono ricevere un miscuglio di diversi frame, causando corruzione dei dati e perdita di essi.

Un hub è un dispositivo del livello fisico che agisce sui singoli bit (piuttosto che sui frame). Quando un bit giunge all'interfaccia di un hub, l'hub rigenera il bit amplificandone il segnale.
All'inizio le ethernet LAN usavano una topologia a stella basata su hub.
Nel 2000 vennero introdotti gli switch. Gli switch sono dei commutatori di pacchetto (come i router). I router operano a livello IP (3), mentre gli switch a livello di collegamento (2).
Il payload di un frame Ethernet è un datagramma IP (Ethernet può trasportare anche altri tipi di pacchetti). Il destinatario riceve il frame dal livello fisico, estrae il datagramma IP e lo passa a livello di rete.

• Ethernet è senza connessione (come IP e UDP): un nodo impacchetta un datagramma in un frame e lo invia.
• Ethernet fornisce un servizio non affidabile, se il destinatario riscontra (o no) errori nel frame dopo un controllo CRC non lo comunica al mittente. Di questo si occupano i servizi del livello di trasporto in base al protocollo usato (TCP, UDP).

Slotted ALOHA richiede che tutti gli slot sincronizzino le loro trasmissioni a partire dall'inizio di uno slot. ALOHA non ha slot. Quando arriva un frame, esso viene spedito. Se si verifica una collisione con probabilità P lo rispedisce, con probabilità 1 - P attende il tempo di trasmissione di un frame, e poi lo ritrasmette con probabilità P o con probabilità 1 - P, attende e così via.
ALOHA è peggiore di slotted ALOHA.

Assunzioni:

• frame di L bit
• tempo suddiviso in slot di L/R secondi
• all'inizio dello slot, il nodo spedisce il frame
• i nodi sono sincronizzati in modo che tutti sappiano quando iniziano gli slot
• qualora in uno slot due o più frame collidano, tutti i nodi della rete rilevano l'evento prima del termine dello slot

Indichiamo con P una probabilità.
Operazioni slotted ALOHA:

• quando un nodo ha un nuovo frame da spedire, attende fino all'inizio dello slot successivo e poi trasmette l'intero frame
• se non si verifica collisione: successo, il nodo prepara un nuovo frame da spedire
• se si verifica collisione: fallimento, il nodo rileva la collisione prima del termine dello slot e ritrasmette con probabilità P il suo frame negli slot successivi, finché non ha successo.

Quando è attivo solo un nodo esso può trasmettere alla massima veloccità di trasmissione.
Quando sono attivi più slot, in un certo numero di slot vi saranno collisioni e quindi tali slot andranno sprecati. Inoltre una grande frazione degli slot risulterà vuota perché i nodi trasmettono in base alla politica probabilistica. Gli unici slot non sprecati sono quelli in cui trasmette solo un nodo, tale slot è detto riuscito.

In ALOHA un nodo trasmette indipendentemente da ciò che fanno gli altri nodi. Con CSMA un nodo ascolta su un canale e se c'è già una trasmissione in corso attende il suo completamento, inoltre un nodo CSMA ascolta anche durante la trasmissione e se rileva un frame che interferisce col suo interrompe la trasmissione, attende un tempo randomico e poi ripete il processo.

Il tempo è suddiviso in intervalli: time frame, ciascuno di essi e diviso in slot. Ad ogni nodo è assegnato un slot, all'interno dell'intervallo in cui può trasmettere

Svantaggi:

• se un nodo vuole trasmettere deve attendere il suo slot, anche se gli altri nodi prima di lui non hanno dati da inviare;
• ogni nodo ha un tasso trasmissivo di R/N bps (TDM è equo).

FDM divide la banda R tra i nodi partecipanti (N).
Ogni nodo ha una banda di R/N.

FDM ha lo stesso limite di TDM, ogni nodo ha un tasso trasmissivo di R/N.
Se un nodo sta trasmettendo, ma gli altri no, il nodo può usare solo R/N come banda, il resto della banda viene sprecato.

In CDMA ad ogni nodo viene assegnato un codice, se tali codice sono scelti in modo appropriato (se sono ortogonali tra loro), i nodi potranno codificare i bit con quel codice e trasmettere simultaneamente ai rispettivi destinatari, i rispettivi destinatari saranno in grado di ricevere correttamente i dati.

Un protocollo ad accesso multiplo deve avere due caratteristiche:

• se c'è un solo nodo attivo, tale nodo deve trasmettere a R bps
• se ce ne sono M, ciascuno deve trasmettere a R/M bps.

ALOHA e CSMA hanno la prima ma non la seconda.
Entrano in gioco i protocolli a rotazione per superare tale limite:

• protocollo di polling: un nodo master interpella a turno gli altri nodi comunicando il numero di nodi che può trasmettere. Si introduce ritardo di polling. Inoltre il master è un unico punto di fallimento.
• Protocollo token-passing: non c'è un master. Un frame, detto token, circola tra i nodi seguendo un ordine prefissato. Il nodo uno spedisce il token sempre al 2, mentre il due sempre al 3, ecc. Se il nodo ha il token può trasmettere. Se non ha dati da trasmettere, passa il token al prossimo nodo. Anche qui il guasto di uno dei nodi rende inutilizzabile il protocollo.

Uno switch riceve frame in ingresso e li trasmette in uscita.
Uno switch è trasparente ai nodi.
Le porte di uscita degli switch hanno dei buffer.
Il filtraggio è una funzione degli switch che determina se un frame deve essere inoltrato ad una qualche interfaccia o scartato.
L'inoltro consiste nell'individuare l'interfaccia verso cui il frame deve essere diretto. Per fare ciò gli switch hanno delle tabelle di commutazione, che contengono:

• MAC nodo;
• interfaccia connessa a tale nodo;
• momento in cui è stata aggiunta tale voce alla tabella.

Gli switch auto-apprendono e costruiscono in automatico la propria tabella di commutazione.
All'inizio la tabella è vuota. Quando giunge un frame lo switch salva in tabella, il MAC sorgente, l'interfaccia da cui arriva il frame e il tempo di arrivo.
Dopo un certo periodo (aging time) se lo switch non ha ricevuto frame da un certo indirizzo sorgente, elimina la voce corrispondente con esso dalla tabella.

• Dati: contiene il datagramma IP. La MTU Ethernet è 1500 byte. Il minimo numero di byte supportato in questo campo è 46. Se un datagramma è inferiore a 46 byte, viene riempito con dei bit di padding. Se un datagramma è maggiore di 1500 byte, viene frammentato in diversi frame.
• Indirizzo di destinazione (6 byte): contiene il MAC della NIC destinataria. Se un frame broadcast FF:FF:...:FF
• Indirizzo sorgente (6 byte): MAC NIC mittente.
• Tipo (2 byte): codice protocollo di rete.
• CRC (4 byte): consente la rilevazione di errori nei frame.
• Preambolo (8 byte): sette byte di questi 8 sono posti a 10101010, l'ultimo byte a 10101011. I primi sette byte servono per sincronizzare il clock della NIC del destinatario con quella del mittente, l'ultimo byte informa che stanno per arrivare i dati "importanti" (payload del frame: datagramma).

Interconnettendo degli switch si riesce a separare la rete in diversi gruppi, tuttavia i messaggi broadcast raggiungerebbero tutti i gruppi comunque.
Per ogni gruppo da creare sarebbe richiesto uno switch (costoso).
Le VLAN consentono di superare tali limiti.
Un amministratore di rete può organizzare le porte di uno switch gruppi, ciascun gruppo costituisce una VLAN.

In questa figura lo switch origina due VLAN, le porte da 2 a 8 sono riservate alla VLAN per il dipartimento di elettronica, mentre le porte da 9 a 15 per il dipartimento di informatica. Le porte 1 e 16 sono inutilizzate.
I frame delle due VLAN sono isolati tra di loro.
Per far comunicare due VLAN si potrebbe collegare un router alla porta 1 (libera nella figura) e far passare i pacchetti tra una VLAN e l'altra da quel router. (I produttori fanno si che questa funzione sia integrata nello stesso dispositivo).
Se si volessero interconnettere due LAN si possono usare due approcci:

• dedicare una porta in uno switch ad una VLAN in un altro switch (figura a), la porta 1 sul primo switch serve per una VLAN nel secondo (stessa cosa vale per la 16)
• nella seconda figura viene usato un collegamento di trunking, condiviso tra tutte le VLAN e che usa un altro tipo di frame Ethernet che consente tramite un campo TAG di indirizzare alla corretta VLAN sugli altri switch.