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Modulo 1
Modulo 2
Modulo 3
Modulo 4
Modulo 5
Modulo 6
Modulo 1
Introduzione alle reti di calcolatori
Architetture e componenti di rete
Standard ISO/OSI e TCP/IP
Progetto IEEE 802.x
Mezzi trasmissivi e cablaggio strutturato
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 3
18 maggio 2009
•Storia•Classificazioni per
•Tecnologia / Estensione / Topologia•Modalità di trasmissione•Tecniche di Multiplexing•Tecniche di Commutazione
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 4
Una rete di calcolatori è un insieme di sistemi di elaborazione autonomi collegati tra loro mediante una rete di comunicazione
17/05/2009 5Architetture di Rete dei Calcolatori
17/05/2009 6Architetture di Rete dei Calcolatori
17/05/2009 7Architetture di Rete dei Calcolatori
17/05/2009 8Architetture di Rete dei Calcolatori
917/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori
Condivisione delle risorse Comunicazione tra utenti degli elaboratori Maggiore Affidabilità Abbattimento dei costi di manutenzione Aggiornamento delle strutture di calcolo Maggiore scalabilità
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Per tecnologia trasmissiva Broadcast Punto-punto
Per estensione geografica LAN MAN WAN
Per topologia Bus Ring
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Una rete punto-punto è costituita da un insieme di connessioni dirette tra coppie di elaboratori
Ogni linea è ad uso esclusivo dei due nodi terminali
Il collegamento tra due nodi richiede in generale la definizione di un percorso (path o route)
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Una rete in cui l’informazione viene trasmessa da un elaboratore mittente ad uno destinatario utilizzando un canale di comunicazione (link) condiviso da tutti gli elaboratori della rete
Tutti gli elaboratori ricevono l’informazione Nell’informazione è riportato l’indirizzo del
destinatario che quindi lo riconosce ed elabora il pacchetto
Tutti gli altri semplicemente lo ignorano17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 14
Essendo il canale condiviso è necessario pertanto stabilire un meccanismo di contesa (ad accesso casuale oppure ordinato) per evitare che due o più utenti della rete tentino di trasmettere contemporaneamente, generando una collisione
Poiché la linea broadcast collega tutti gli utenti, non occorre stabilire un percorso prima di effettuare una trasmissione
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Reti punto - punto Reti Broadcast
Coppie di link ad uso esclusivo dei nodi
Unico canale condiviso
Richiede un protocollo di routing
Richiede un protocollo di accesso multiplo
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Distanza tra gli host Ambito Tipo di rete
10 metri Stanza, ufficio Rete locale LAN
100 metri Edificio Rete locale LAN
1 km Campus Rete locale LAN
10 km Città Rete metropolitana MAN
100 km-1000 km Nazione Rete geografica WAN
10000 km Intero pianeta Internet
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Le reti locali LAN (Local Area Network) appartengono ad una organizzazione
Hanno estensione limitata Edificio Campus
In genere adottano la tecnologia trasmissione broadcast
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Le velocità di trasmissione 10 Mbps /100 Mbps 1 Gbps / 10 Gbps
Basso tasso di errore di trasmissione È noto a priori il tempo di trasmissione nel caso
peggiore ~10 microsecondi
Topologia ben definita Bus Anello
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Le reti metropolitane MAN (Metropolitan Area Network) sono generalmente pubbliche
Hanno estensione urbana Standard: IEEE 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) FDDI
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Le reti geografiche WAN (Wide Area Network) hanno estensione Nazione Continente
Composta da Insieme degli end system Communication subnet▪ Linee di trasmissione▪ Elementi di commutazione
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L’interconnessione di più reti distribuite in tutto il mondo
Internet è una federazione di reti che condividono un insieme di protocolli (o protocol suite), noti come TCP/IP.
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Una rete può essere rappresentata da un grafo costituito da nodi e rami: i nodi sono le sorgenti e le destinazioni delle unità
informative e i punti in cui vengono smistate i rami che costituiscono il sistema trasmissivo
fisico che consente il trasporto delle unità informative
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1 3
Architetture di Rete dei Calcolatori
2 1=+=
LbaNC
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6
5 3
2
1
4
Architetture di Rete dei Calcolatori
≤≤
==
21 NL
aNaEC
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5
43
2
6
1
Architetture di Rete dei Calcolatori
2=+=
LbaNC
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6
2
1
54
3
Architetture di Rete dei Calcolatori
12
)1(
min =
−=
L
NNaC
Simplex o Unidirezionale se la trasmissione di informazioni è consentita solo
in una direzione: un nodo agisce sempre come sorgente e l’altro da destinazione
17/05/2009 29Architetture di Rete dei Calcolatori
Half-duplex o Bidirezionale alternato quando il collegamento consente la trasmissione in
entrambe le direzioni ma non contemporaneamente entrambe i nodi possono fungere da sorgente e
destinazione
17/05/2009 30Architetture di Rete dei Calcolatori
Full-Duplex o Bidirezionale contemporaneo quando il collegamento consente la trasmissione di
informazioni in entrambe le direzioni contemporaneamente i nodi possono svolgono nello stesso istante sia la
funzione di sorgente che di destinazione
17/05/2009 31Architetture di Rete dei Calcolatori
Il mezzo trasmissivo viene suddiviso in più canali in modo tale da ospitare, senza creare conflitti, flussi provenienti da più sorgenti indipendenti (multiplexing)
Le tecniche di multiplazione più frequentemente utilizzate sono: FDM (Frequency Division Multiplexing) TDM (Time Division Multiplexing)
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La banda a disposizione è suddivisa in sottobande (canali) separate da una banda di guardia necessaria per la loro separazione mediante dei filtri passa-banda
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L’intera banda viene assegnata, a turno, ai vari canali per un tempo finito
Il tempo può essere suddiviso in intervalli di lunghezza fissa (time-slot) o variabile
Eventualmente più intervalli possono formare una trama o frame
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tUnslotted
t
Unframedslotted
slot
Framedslotted
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t
Framedhybridslotted-unslotted
t
frame
slotted unslotted
L’associazione è statica ed implicita È applicabile solo nel caso framed & slotted o
framed hybrid nella sezione slotted L’associazione è stabilita dalla posizione dello slot
nel frame La banda è garantita!
Tende a sprecare banda se la sorgente non emette in modo continuativo (sorgente bursty)
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t
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
S-TDM
22 51 4
L’associazione è dinamica ed esplicita E’ sempre applicabile È stabilita da un’etichetta memorizzata nel blocco di
dati (intestazione) Consentendo un utilizzo della linea su domanda,
tende a massimizzarne l’utilizzo La banda non è garantita!
Possibile ritardo di trasferimento variabile e perdita
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1 431
t
A-TDM
Le tecniche di commutazione sono di 3 tipi: commutazione di circuito commutazione di messaggio commutazione di pacchetto▪ datagramma ▪ a circuito virtuale
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In una rete a commutazione di circuito ad ogni connessione, effettuata su domanda o in modo semi-permanente, vengono assegnate stabilmente delle risorse di rete in modo tale da creare un circuito che connette i due utenti terminali
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La trasmissione non richiede una preliminare fase di set up: non appena un utente ha un messaggio da spedire lo invia al nodo più vicino.
Presso il nodo il messaggio viene processato con una tecnica detta “store-and-forward” viene prima completamente memorizzato (store) poi ispezionato per individuare la sua destinazione infine inoltrato (forward) al nodo successivo non
appena la linea d’uscita necessaria si rende disponibile
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Architetture di Rete dei Calcolatori 4317/05/2009
Anch’essa basata sulla tecnica store-and-forward
Un messaggio viene infatti suddiviso prima della trasmissione in piccole unità informative in pacchetti ad esempio di 1500 byte
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Ogni pacchetto contiene un’intestazione (header) che specifica l’indirizzo del destinatario informazioni di controllo i dati utili (carico o payload)
Due approcci di instradamento A datagramma A circuito virtuale
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Ogni pacchetto (datagramma) è instradato indipendentemente dagli altri pacchetti
Pacchetti diversi possono seguire percorsi diversi
I pacchetti possono giungere a destinazione fuori ordine
Ogni nodo decide il percorso ottimale su cui instradare il pacchetto (packet routing)
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Tutti i pacchetti di uno stesso messaggio vengono instradati allo stesso modo
Prima che i pacchetti vengano spediti viene stabilito il circuito virtuale
L’header specifica solamente il VC identifier
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Datagram Virtual CircuitFase di set-up NO SI
Ogni pacchetto segue lostesso percorso
NO SI
I pacchetti vengono ricevuti in sequenza
NO SI
Indirizzamento Completo Identificatore
Tempo di transito Maggiore Minore
Effetto di un guasto Pochi pacchetti persi Tutti i VC coinvolti terminati
Controllo delle congestioni
Possibile ma complesso
Prenotazione risorse
Architetture di Rete dei Calcolatori 4817/05/2009
18 maggio 2009
Struttura a strati (layer)InterfacceProtocolliModelli di riferimentoISO/OSITCP/IP
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I protocolli di comunicazione definiscono l’insieme di regole con cui interagiscono sistemi in rete.
L’architettura dei protocolli è organizzata su un modello a strati: si raggruppano funzioni simili per logica o
tecnologia in strati (layer) si organizzano gerarchicamente in livelli per
identificare le regole di interazione (interfacce)
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Architetture di Rete dei Calcolatori 51
Mezzo trasmissivo
Sistema A
Sottosistema
Sistema B
NN+1
N-1
1
N-Entità
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N-entitàN-strato
N-SAP
(N-1)-SAP
(N+1)-entità(N+1)-strato
(N+1)-SAP
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N-entitàN-strato
N-SAP
(N-1)-SAP
(N+1)-entità(N+1)-strato
(N+1)-SAP
N-entità
N-SAP
(N-1)-SAP
(N+1)-entità(N+1)-protocollo
(N+1)-SAP
N-protocollo
(N-1)-connessione
Richiesta una (N+1)-entità richiede un servizio a una N-entità dello stesso
sistema Indicazione una N-entità invia informazioni a una (N+1)-entità dello stesso
sistema Risposta una (N+1)-entità del sistema locale risponde alla richiesta
emessa da un sistema utilizzando il servizio reso dalla N-entitàdel sistema locale
Conferma una N-entità del sistema locale informa la (N+1)-entità dello
stesso sistema di una risposta pervenuta attraverso la rete da un sistema remoto
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(N+1)-entità
Sistema A
N-entità
richiesta
conferma
(N+1)-entità
N-entità
indicazione
risposta
N-SAP
N-protocollo
Sistema B
Servizio confermato1. la (N+1)-entità del sistema A emette una primitiva di
richiesta alla N-entità richiedendo di interagire con una (N+1)-entità nel sistema B
2. dopo l’attraversamento della rete questa richiesta ha come risultato l’emissione di una primitiva di indicazionedalla N-entità del sistema B alla (N+1)-entità dello stesso sistema
3. questa entità, opportunamente istruita dalle entità di livello superiore, emette alla sottostante N-entità una primitiva di risposta
4. dopo l’attraversamento della rete questa risposta genera l’emissione di una primitiva di conferma da parte dell’N-entità alla (N+1)-entità nel sistema A
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Servizio non confermato è costituito soltanto dalla sequenza dei primi due
passi del servizio confermato e utilizza le primitive richiesta e indicazione
Servizio iniziato dal fornitore si ha la sola emissione della primitiva di
indicazione con cui una N-entità segnala di propria iniziativa a una (N+1)-entità dello stesso sistema la disponibilità di un servizio al N-SAP
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N-SAP
Segmentazione Riassemblaggio(N+1)-PDU(N+1)-H
N-PDUN-H N-PDUN-H N-PDUN-H
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N+1 -SAP
N -SAP
(N+1)-entità (N+1)-entità
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Strati di trasferimento
Strati di utilizzazione
Strati di trasferimento
Strati di utilizzazione
Strati di trasferimento
Protocolli di utilizzazione
Protocolli di accesso
Protocollidi trasporto
Rete di accesso Rete di trasporto Rete di accesso
Strati di trasferimento
Strati di trasferimento
Protocollidi trasporto
Protocolli di accesso
Nodo di accesso Nodo di transito Nodo di accesso
Nel 1980 la International Organization forStandardization (ISO) comprese la necessità di definire il modello “aperto” OSI (Open System Interconnection) rete che favorisse i costruttori (vendors) nella realizzazione di dispositivi di rete compatibili.
Oggi esistono numerosi modelli architetturali, spesso proprietari, ma tutti possono essere ricondotti in modo più o meno diretto al modello OSI
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Presentation Layer
Application Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Datalink Layer
Physical Layer
6
7
5
4
3
2
1
Architetture di Rete dei Calcolatori
Lo strato applicativo offre all’utente, tramite un processo o una applicazione, l’interfaccia ai sistemi informativi distribuiti
Servizi tipici: Terminale virtuale telnet▪ consente l’interazione con un elaboratore remoto
Posta elettronica SMTP▪ consente di inviare messaggi ad utenti remoti
Trasferimento file FTP Gestione di base di dati
17/05/2009 63Architetture di Rete dei Calcolatori
Lo strato di presentazione consente la comunicazione tra applicazioni che rappresentano i dati con formati diversi
I dati possono essere scambiati con una sintassi differente o intermedia (standard) Traduzione di codice alfanumerici Compressione di dati Dati criptati Codici e password
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Lo strato di sessione gestisce le modalità di dialogo e il flusso dei dati tra entità di presentazione Per esempio il dialogo tra un terminale half-
duplex con un applicazione remota full-duplex Segmentazione di unità informative Il recupero del dialogo seguente un’interruzione
del sottostante servizio di trasporto ▪ mantiene lo stato della sessione per poter riprendere
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Lo strato di trasporto è l’ultimo strato di utilizzazione
Rende disponibili diverse classi di servizio che dipendono dalla tecnologia sottostante multiplazione indirizzamento delle PDU all’applicazione richiesta
(porta socket) segmentazione / riassemblaggio gestione qualità del servizio QoS▪ Controllo d’errore▪ Controllo di flusso
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Lo strato network sovraintende al trasferimento di informazioni lungo la sequenza di nodi attraverso la rete
Maschera al livello trasporto la tecnica di commutazione utilizzata
Le unità informative a questo livello si chiamano pacchetti
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Funzioni svolte: algoritmi di instradamento dei pacchetti in base
all’indirizzo di destinazione modifica dei pacchetti tra reti eterogenee▪ transcodifica di indirizzi di rete▪ operazioni di assemblaggio e segmentazione
controllo di flusso dei pacchetti per prevenire fenomeni di congestione multiplazione di più connessioni di rete su un
unico collegamento dati
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Lo strato Data Link svolge la funzione di trasferimento dati privo di errori tra due nodi adiacenti
Le unità trasmissive a questo livello sono trame (frame) rilevazione errori sulle trame trasferite recupero trame perse controllo di flusso per evitare perdita in ricezione controllo di accesso nel caso di accesso condiviso
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Lo strato più basso della pila OSI svolge le funzioni necessarie all’interfaccia con il mezzo fisico
Tiene conto dei dettagli e caratteristiche tecniche per il trasferimento di sequenze di bit sul mezzo trasmissivo gestione della interfacce sul mezzo gestione delle procedure di trasmissione codifica dei bit
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P-H
P-H
P-H
P-H
S-H
S-HT-H
S-HT-HN-H
P-HS-HT-HN-HDL-H DL-T
101001011001010111010101000111000111001010
P-H
P-H
P-H
P-H
S-H
S-HT-H
S-HT-HN-H
P-HS-HT-HN-HDL-H DL-T
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Presentation Layer
Application Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Datalink Layer
Physical Layer
6
7
5
4
3
2
1
Network Layer
Datalink Layer
Physical Layer
Presentation Layer
Application Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Datalink Layer
Physical Layer
6
7
5
4
3
2
1
N-PDU
DL-PDU
001000101011010 bit 0110111010111
T-PDU
La rete Internet si basa sulla pila di protocolli basati sul modello di riferimento TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)
Il TCP/IP nato negli anni ’60 per volontà dell'agenzia americana DARPA si è imposto come standard de-facto per l'interconnessione di reti a livello mondiale.
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17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 74
Application Layer
Transport Layer
Internet Layer
Network Access Layer
TCP UDP
IP
TCP (Transmission Control Protocol) è il protocollo di trasporto connection-oriented il trasferimento dei pacchetti nell’ordine
sequenziale il trasferimento completo del flusso privo di errori il controllo del flusso
UDP (User Datagram Protocol) è il protocollo di trasporto connection-less non garantisce la sequenzialità, il controllo di
flusso e di errore
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 75
L’IP (Internet Protocol) ha il compito di consegnare pacchetti a una specifica destinazione attraverso i nodi di rete
Il livello è pensato per connettere reti eterogenee
L’indirizzamento è di tipo globale nell’ambito delle rete mondiale Internet
È connection-less non garantisce la sequenzialità e il trasferimento
corretto dei pacchetti
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 76
20 maggio 2009
Standard reti locali LANLivello LLCLivello MACLivello fisicoRete Ethernet - IEEE 802.3Rete Token Ring - IEEE 802.5
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 77
• L'IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee(LMSC) è una commissione dell'IEEE preposta a sviluppare standard per le reti locali LAN e MAN.
• LMSC mantiene tutta una famiglia di standard IEEE 802.x
• La commissione definisce gli obiettivi di molti gruppi che hanno sviluppato standard famosi come l'Ethernet, il Token Ring, le WLAN
17/05/2009 78Architetture di Rete dei Calcolatori
IEEE 802.1 Protocolli LAN di più alto livello
IEEE 802.2 Logical Link Control IEEE 802.3 Ethernet CSMA/CD IEEE 802.4 Token bus † IEEE 802.5 Token Ring IEEE 802.6 DQDB - Distributed
Queue Dual Bus † IEEE 802.7 Broadband TAG † IEEE 802.8 Fiber Optic TAG † IEEE 802.9 Integrated Services LAN † IEEE 802.10 Interoperable LAN
Security IEEE 802.11 Wireless local area
network
† dismesso17/05/2009 79Architetture di Rete dei Calcolatori
IEEE 802.12 demand priority IEEE 802.13 (non utilizzato) IEEE 802.14 Cable modem † IEEE 802.15 Wireless personal area
network (in via di sviluppo) IEEE 802.16 WiMAX - Broadband
wireless access IEEE 802.17 Resilient packet ring IEEE 802.18 Radio Regulatory TAG IEEE 802.19 Coexistence TAG IEEE 802.20 Mobile Broadband Wireless
Access IEEE 802.21 Media Independent
Handoff IEEE 802.22 Wireless Regional Area
Network
17/05/2009 80Architetture di Rete dei Calcolatori
802.2 Logical Link control
802.3CSMA/CD
UTP, STP, fibra, radio, ecc.
802.5 Token Ring
802.11 Wireless
LAN
Altre LAN
LLC
MAC
Fisico
IEEE 802
Strati 3-7
Datalink
Fisico
OSI
Il Logical Link Control fornisce un interfaccia unificata al livello di rete e maschera i livelli superiori dal protocollo MAC utilizzato per accedere al mezzo. Fornisce i servizi: Servizio connection-less senza riscontro Servizio connection-oriented Servizio connection-less con riscontro
17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 81
Il livello MAC provvede alla consegna delle unità informative del livello LLC tra stazioni
L’unità informativa è fisicamente ricevuta da tutte le stazioni della rete in quanto il mezzo trasmissivo è condiviso
L’indirizzo MAC di destinazione consente alla stazione di destinazione di riconoscere il proprio MAC address ed elaborare l’unità informativa
La modalità di trasmissione broadcast sul mezzo trasmissivo consente comunicazioni multi-punto e broadcast
Il livello MAC deve garantire il successo del trasferimento, in caso di contesa di accesso al mezzo deve provvedere alla ritrasmissione delle PDU
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17/05/2009 Architetture di Rete dei Calcolatori 83
LLC DA LLC SA Control Layer 3 PDU
1 1 1 o 2 variabileByte
MAC DA MAC SA LLC PDUControl FCS
6 6 4