Come usare il modello OSI per risolvere i problemi delle reti a livello 2

Il nostro precedente articolo illustrava come usare il modello OSI al livello 1 per risolvere i problemi di rete. In questo articolo, discuteremo invece del modello OSI livello 2.

Giusto per rinfrescare la memoria, il modello OSI aiuta a scomporre un problema e a isolarne la radice. Idealmente, è meglio adottare un approccio dal basso verso l’alto, poiché la maggior parte dei problemi WiFi si verifica nei primi due livelli del modello OSI. Se il problema non è nel livello 1 o 2, non è un problema WiFi. 
In questo articolo, continuiamo il nostro cammino verso l’alto nel modello OSI livello 2, anche definito come livello del collegamento dati.

Modello OSI livello 2 – Risolvere i problemi WiFi nel collegamento dati

Il collegamento dati è il secondo livello del modello OSI. Fa riferimento a come i sistemi che usano un collegamento fisico cooperano tra loro.
Il modello OSI livello 2 aiuta a trasferire dati tra due dispositivi sulla stessa rete. I dati sono suddivisi in pacchetti. Il compito del livello di collegamento dati è quello di definire sequenze uniche per indicare l’inizio e la fine di ogni pacchetto. Inoltre, è direttamente responsabile del controllo del flusso e degli errori nelle comunicazioni intra-rete.

Il livello di collegamento dati ha due sottolivelli: il Logical Link Control (LLC), che interpreta l’elettricità, la luce e il WiFi in 1 e 0 che diventano i pacchetti di dati. L’altro sottolivello è il livello MAC (Media Access Control), responsabile dello spostamento dei pacchetti di dati dalla scheda di interfaccia di rete (NIC) all’altra attraverso un canale condiviso. Grazie ai protocolli MAC utilizzati nel sottolivello, i segnali inviati da diverse stazioni attraverso lo stesso canale, non si scontrano.

Le radio WiFi parlano tramite scambi di frame 802.11 al sottolivello MAC del livello di collegamento dati.

Ritrasmissione

Il problema più comune nel modello OSI livello 2 è la ritrasmissione che avviene nel sottolivello MAC. Tutto inizia quando un dispositivo trasmettitore invia un frame unicast a un dispositivo. Il dispositivo ricevente usa un controllo di ridondanza ciclica, detto ‘CRC’, per confermare l’integrità del pacchetto di dati ricevuto. Se il CRC passa, significa che il pacchetto di dati non è stato corrotto durante la trasmissione.

Il dispositivo ricevente invierà un frame di riconoscimento 802.11 ‘ACK’ al dispositivo trasmittente, per verificare la consegna del pacchetto di dati. Se si verifica una collisione durante la trasmissione delle informazioni o una parte del frame unicast è corrotta, il CRC fallirà. Così il dispositivo ricevitore non invierà un frame ACK al dispositivo trasmettitore.

A sua volta, il dispositivo trasmettitore trasmetterà nuovamente i frame, causando una ritrasmissione. Le ritrasmissioni hanno un alto impatto sulle reti WiFi in quanto creano un overhead extra del livello MAC. Inoltre, viene consumatp ulteriore tempo di trasmissione nel mezzo half-duplex.

Le ritrasmissioni di livello 2 hanno un effetto negativo. Per esempio, se il throughput scende e la latenza sale, molto probabilmente questo avrà un impatto su voce e video. Così, un aumento della latenza provocherà problemi di eco, e alte variazioni di jitter provocheranno un audio disgiunto. Come regola generale, per le chiamate WiFi, il tasso massimo di ritrasmissioni che la tua rete WiFi può gestire senza influenzare il servizio dovrebbe essere inferiore al 2%.

I motivi delle ritrasmissioni di livello 2 possono essere diversi. Per esempio, un’interferenza di radiofrequenza accoppiata a un basso rapporto segnale/rumore (SNR) dovuto a un design WiFi scadente. Entrambi accadono al livello 1. Inoltre, c’è la possibilità di interferenze di celle adiacenti e di un nodo nascosto che può anche causare percentuali più alte di ritentativi di livello 2.

Smontiamo le ragioni:

SNR (Signal-to-noise ratio)

È la differenza tra la potenza del segnale ricevuto e la potenza del rumore espressa in decibel. Le ritrasmissioni al livello 2 aumentano quando il rumore di fondo è vicino alla potenza del segnale ricevuto o se il segnale è troppo basso. Le statistiche da rispettare per le WLAN: una buona qualità del segnale dovrebbe essere tra 20 e 25 dB. Qualsiasi valore al di sotto di questi intervalli è considerata segnale di bassa qualità.

Interferenza RF

Gioca un ruolo significativo nelle ritrasmissioni nel livello 2. Le ritrasmissioni eccessive si verificano quando i frame sono corrotti a causa dell’interferenza RF, e quindi, il throughput si riduce in modo significativo. Se queste ritrasmissioni si verificano frequentemente, è essenziale capire la fonte per rimuovere il dispositivo di interferenza.

Channel interference 

Torniamo alle basi. Quando si progetta il piano di allocazione dei canali WLAN a 2.4GHz, assicurarsi di utilizzare correttamente i canali disponibili per 2.4GHz. Quando c’è una cella di copertura che si sovrappone e uno spazio di frequenza che si sovrappone, le possibilità di avere dati corrotti e tentativi di livello 2 sono notevolmente alte. Ricordati di impostare un modello di riutilizzo per i canali a 2.4GHz 1, 6, e 11 (USA) o 1, 5, e 9 – a volte si usa anche il 13 nelle distribuzioni per l’Europa. In questo modo, preverrai l’interferenza delle celle adiacenti nelle tue WLAN.

Nodo nascosto

Nel networking, un nodo nascosto significa che un nodo specifico parla con un access point WiFi ma non può “parlare” direttamente con altri nodi che hanno già una “conversazione” con quel access point. Questo dovrebbe far suonare tutti i campanelli, perché porta a problemi nel sottolivello MAC in quanto più nodi inviano pacchetti di dati all’access point allo stesso tempo, creando così interferenze a livello di AP, con conseguente perdita di pacchetti di dati.

Nota a margine

Quando c’è una frequente perdita di pacchetti, e quindi le ritrasmissioni si verificano maggiormente è fondamentale tenere d’occhio la percentuale di perdita di pacchetti e le ritrasmissioni. Tanaza ha uno strumento di ping incorporato nella piattaforma di gestione del cloud che consente di monitorare la perdita di pacchetti di dati e le prestazioni della rete per identificare i problemi di connessione in modo proattivo. Il nostro strumento di ping misura e registra il tempo di andata e ritorno dei pacchetti, che consente di conoscere i livelli di latenza tra i dispositivi. Inoltre, misura se si verificano perdite lungo il percorso mentre si esegue il test di ping.

Roaming

Un altro problema comune nel Modello OSI livello 2 è il roaming. A volte i problemi di roaming si verificano a causa di problemi di driver sul lato del dispositivo client, e dispositivi appiccicosi a causa di una cattiva progettazione WiFi. Di solito, il roaming migliora per quei dispositivi client che supportano i protocolli 802.11K.

Inoltre, il roaming ha una corrispondenza con la sicurezza WLAN. Quando i dispositivi client si spostano da un AP all’altro, hanno sempre bisogno di passare attraverso un processo di autenticazione con il nuovo AP. Quando gli AP agiscono in modo indipendente, stabilire un’autenticazione avviene ogni volta che il dispositivo client si sposta.

Per esempio, lo smartphone di un utente finale è connesso al WiFi dell’aeroporto – dove decine di AP coesistono nella stessa rete. Se l’utente finale è in movimento, senza l’inclusione degli standard 802.11r/k, lo smartphone si disconnette dall’AP esistente prima di stabilire una connessione con quello nuovo.

Di conseguenza, l’utente finale sperimenta la disconnessione WiFi e la latenza mentre si riconnette a un nuovo punto di accesso. Ciò si traduce in chiamate basate sul WiFi interrotte, siti web che si caricano lentamente, difficoltà nel caricare immagini sui social network e altre prestazioni negative.

La piattaforma cloud Tanaza WiFi supporta gli attuali protocolli di roaming veloce IEEE 802.11. Gli standard di roaming veloce sono sfruttati quando un dispositivo client è collegato a una password protetta o a un SSID vincolato in una rete wireless. Gli standard permettono al dispositivo client di passare rapidamente da un punto di accesso all’altro senza problemi. I dispositivi client non hanno bisogno di autenticarsi di nuovo al server RADIUS ogni volta che cambiano punto d’accesso.

Installando il sistema operativo TanazaOS sugli access point che non hanno il roaming all’interno del firmware stock, è possibile aggiungere ai dispositivi funzionalità di roaming secondo gli standard IEEE 802.11r/k/v. Il sistema operativo Tanaza consente la funzione di roaming veloce su reti multi-vendor di una varietà di access point WiFi con cui è compatibile.