I livelli fisico e di collegamento dati

Il modello OSI parte dal basso, con le componenti più vicine all’hardware. Il livello 1 è il livello fisico e il livello 2 è il livello di collegamento dati. Insieme trasferiscono i bit grezzi su un mezzo e li consegnano in modo affidabile al dispositivo successivo sulla stessa rete locale. Questi due livelli sono la base su cui poggia tutto il resto: trasformano i segnali elettrici o luminosi in frame utilizzabili.

Il livello fisico gestisce la trasmissione effettiva dei bit sotto forma di segnali. Comprende cavi, connettori, livelli di tensione, impulsi luminosi e onde radio. Il suo unico compito è spostare gli 1 e gli 0 grezzi attraverso un mezzo; non comprende gli indirizzi né il significato dei dati. Tutto ciò che si può toccare fisicamente, come un cavo o una porta, appartiene al livello fisico.

Al livello 1, i dati sono semplicemente un flusso di bit codificati come segnali fisici. Nei cavi in rame, i bit sono variazioni di tensione; nella fibra ottica sono impulsi luminosi; nel Wi-Fi sono onde radio. Il livello fisico definisce come rappresentare un 1 e uno 0, in modo che entrambe le estremità siano d’accordo. Se questa rappresentazione è errata, nessun livello superiore può funzionare, perché i bit non arrivano correttamente.

Il livello di collegamento dati prende i bit grezzi e li organizza in unità strutturate chiamate frame, aggiungendo l’indirizzamento locale e il controllo degli errori. Il suo compito è garantire una consegna affidabile tra due dispositivi appartenenti allo stesso segmento di rete locale. Mentre il livello 1 si limita a inviare segnali, il livello 2 dà a questi segnali una struttura e una destinazione, rendendo affidabile la comunicazione locale.

Un frame è l’unità del livello di collegamento dati. Racchiude i dati tra un’intestazione e una coda, che includono gli indirizzi hardware di origine e destinazione e un valore per il controllo degli errori. L’intestazione indica al dispositivo successivo chi deve ricevere il frame; la coda consente al destinatario di verificare che il frame sia arrivato integro. Il framing è il modo in cui il livello 2 impacchetta i bit per la consegna locale.

Il livello 2 usa gli indirizzi MAC (Media Access Control) per identificare i dispositivi in una rete locale. Un indirizzo MAC è un indirizzo hardware univoco incorporato in una scheda di rete, scritto come sei coppie di cifre esadecimali. A differenza degli indirizzi IP, gli indirizzi MAC sono locali e legati al dispositivo fisico. Gli switch li usano per consegnare i frame alla porta corretta di una LAN.

Il livello di collegamento dati controlla ogni frame alla ricerca di errori usando un valore nella coda chiamato sequenza di controllo del frame. Il destinatario lo ricalcola e lo confronta con il valore ricevuto; se i due valori differiscono, il frame è danneggiato e viene scartato. In questo modo vengono rilevati i danni causati da rumore elettrico o interferenze. Il rilevamento degli errori al livello 2 impedisce che dati danneggiati compromettano silenziosamente i livelli superiori.

Il livello di collegamento dati è diviso in due parti: il sottolivello MAC, che controlla l’accesso al mezzo e gestisce l’indirizzamento hardware, e il sottolivello LLC (Logical Link Control), che gestisce la comunicazione con il livello superiore. Questa divisione consente a un’unica interfaccia superiore di funzionare su molte tecnologie fisiche diverse. Il sottolivello MAC è il livello in cui risiedono l’indirizzamento hardware e l’accesso al mezzo.

Alcuni dispositivi operano principalmente a questi livelli. Gli hub e i cavi di base funzionano al livello 1, limitandosi a trasferire i segnali. Gli switch funzionano al livello 2: leggono gli indirizzi MAC e inoltrano i frame alla porta corretta. Sapere a quale livello opera un dispositivo indica che cosa può o non può fare, un’informazione fondamentale quando si progetta o si risolve un problema di rete.

I livelli 1 e 2 gestiscono la comunicazione solo all’interno di un’unica rete locale. Non possono trasferire dati tra reti separate, perché gli indirizzi MAC non sono progettati per l’instradamento globale. Per passare da una rete a un’altra, è necessario il livello 3 e servono gli indirizzi IP. Questo confine spiega esattamente perché esistono i livelli superiori e perché è un router, non uno switch, a collegare reti diverse.

Il livello fisico invia i bit grezzi come segnali attraverso un mezzo, mentre il livello di collegamento dati impacchetta questi bit in frame con indirizzi MAC e controllo degli errori, per una consegna locale affidabile. Gli hub operano al livello 1, gli switch al livello 2. Insieme, questi livelli inferiori trasformano i segnali elettrici o luminosi in una comunicazione affidabile tra dispositivi adiacenti sulla stessa rete.

Che cosa aggiunge il livello di collegamento dati ai bit grezzi provenienti dal livello fisico?

Il livello fisico (livello 1) trasmette i bit grezzi come segnali attraverso cavi, fibra ottica o onde radio. Il livello di collegamento dati (livello 2) impacchetta i bit in frame con indirizzi MAC e una sequenza di controllo del frame per rilevare gli errori, garantendo una consegna locale affidabile. Il livello 2 comprende i sottolivelli MAC e LLC. Gli hub operano al livello 1, gli switch al livello 2. Questi livelli gestiscono solo la comunicazione locale; per attraversare reti diverse serve il livello 3.