Ethernet

Dicembre 2016
Ethernet (anche conosciuto con il nome di norma IEEE 802.3) è uno standard di trasmissione dati per rete locale basato sul seguente principio:

Tutti i terminali della rete Ethernet sono connessi ad una stessa linea di comunicazione, costituita da cavi cilindrici



Introduzione all'Ethernet

Si distinguono diverse varianti di tecnologie Ethernet secondo il tipo e il diametro dei cavi utilizzati:


10Base2, il cavo utilizzato è un cavo coassiale fine di diametro ridotto, detto thin Ethernet;

10Base5, il cavo utilizzato è un cavo coassiale di grande diametro, detto thick Ethernet;

10Base-T, il cavo utilizzato è una coppia incrociata (la T significa twisted pair), con una capacità di banda di circa 10 Mbps;

100Base-Fx, permette di ottenere una capacità di banda di 100 Mbps utilizzando una fibra ottica multimode (F significa Fiber);

100Base-TX, come il 10Base-T ma con una capacità di banda 10 volte più elevata (100Mbps);

1000Base-T, utilizza una doppia coppia incrociata di categoria 5e e permette una capacità di banda di un Gigabit al secondo;

1000Base-SX, basato su una fibra ottica multimode che utilizza un segnale di lunghezza d'onda debole (S significa short) di 850 nanometri (da 770 a 860 nm);

1000Base-lx, basato su una fibra ottica multimode che utilizza un segnale di lunghezza d'onda lunga (L significa long) di 1350 nm (da 1270 a 1355 nm):


SiglaDenominazioneCavoConnettoreCapacità di bandaPortata
10Base2Ethernet fine
(thin Ethernet)
Cavo coassiale (50 Ohms) di diametro ridottoBNC10 Mb/s185m
10Base5Ethernet spesso
(thick Ethernet)
Cavo coassiale di diametro elevato (0,4 inch)BNC10Mb/s500m
10Base-TEthernet standardCoppia incrociata (categoria 3)RJ-4510 Mb/s100m
100Base-TXEthernet rapido
(Fast Ethernet)
Doppia coppia incrociata (categoria 5)RJ-45100 Mb/s100m
100Base-FXEthernet rapido
(Fast Ethernet)
Fibra ottica multimode di tipo (62.5/125)100 Mb/s2 km
1000Base-TEthernet GigabitDoppia coppia incrociata (categoria 5)RJ-451000 Mb/s100m
1000Base-LXEthernet GigabitFibra ottica monomode o multimode1000 Mb/s550m
1000Base-SXEthernet GigabitFibra ottica multimode1000 Mbit/s550m
10GBase-SREthernet 10GigabitFibra ottica multimode10 Gbit/s500m
10GBase-LX4Ethernet 10GigabitFibra ottica multimode10 Gbit/s500m


Ethernet è una tecnologia di rete molto utilizzata dato che il prezzo di una rete simile non è molto elevato.

Principio di trasmissione

Tutti i computer di una rete Ethernet sono collegati ad una stessa linea di trasmissione, e la comunicazione si effettua attraverso un protocollo detto CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect il che si significa che si tratta di un protocollo ad accesso multiplo con sorveglianza di portante (Carrier Sense) e rilevamento di collisione).

Con questo protocollo ogni terminale è autorizzato ad emettere sulla linea in ogni momento e senza nozione di priorità fra i terminali. Questa comunicazione avviene in maniera semplice:

Ciascun terminale verifica che non vi siano comunicazioni sulla linea prima di emettere;

Se due terminali emettono contemporaneamente, allora vi sarà collisione (cioè più frame di dati si trovano sulla linea allo stesso momento);

I due terminali interrompono le loro comunicazioni e aspetto per un lasso di tempo aleatorio, poi sarà la prima che avrà terminato questo periodo a riemettere.

Questo principio è basato su più limiti:

I pacchetti di dati devono avere una dimensione massima;

Deve esserci un tempo di attesa fra le due emissioni.

Il tempo di attesa varia a seconda della frequenza delle collisioni:

Dopo la prima collisione un terminale aspetta per una data unità di tempo;

Dopo la seconda collisione il terminale aspetta per due unità di tempo;

Dopo la terza collisione il terminale aspetta per quattro unità di tempo... ovviamente con un piccolo intervallo di tempo supplementare aleatorio.

Switched Ethernet

Commutatore.


Finora, la topologia Ethernet descritta era quella dell'Ethernet condiviso (ogni messaggio emesso è esteso all'insieme dei terminali connessi, la banda passante è condivisa fra tutti i terminali).

Da qualche anno si è avuta un'evoluzione importante : quella del Switched Ethernet.
La topologia fisica resta una stella, organizzata intorno ad uno switch. Lo switch utilizza un meccanismo di filtraggio e di commutazione molto simile a quello utilizzato dai gateway dove queste tecniche sono utilizzate da tempo.

Esso controlla gli indirizzi sorgente e di destinazione dei messaggi, crea una tabella che gli permette di sapere quale terminale è connesso su quale porta dello switch (di solito questo processo avviene automaticamente, ma il gestore dello switch può procedere a delle configurazioni complementari).

Conoscendo la porta del destinatario, il messaggio verrà trasmesso dallo switch soltanto sulla porta indicata, e le altre porte resteranno libere per altre trasmissioni che potranno prodursi contemporaneamente.

Ne risulta che ogni scambio può effettuarsi ad una capacità di banda nominale (senza condivisione della banda), senza collisioni, e di conseguenza con un aumento sensibile della banda della rete (a velocità normale od uguale);

Per quanto riguarda il fatto di sapere se tutte le porte di uno switch possono dialogare contemporaneamente senza perdere dei messaggi, questo dipende dalla qualità di quest'ultimo (non blocking switch).

Dato che la commutazione permette di evitare le collisioni e che le tecniche 10/100/1000 base T(X) dispongono di circuiti separati per la trasmissione e la ricezione (una coppia incrociata per senso di trasmissione), la maggior parte degli switch moderni permette di disattivare il rilevamento di collisione e passare in modalità full-duplex sulle porte. In questo modo, i terminali possono emettere e ricevere allo stesso tempo (il che contribuisce di nuovo a migliorare le performance di rete).

La modalità full-duplex è particolarmente interessante per i server che devono seguire più client.

Gli switch Ethernet moderni rilevano ugualmente la velocità di trasmissione utilizzata da ogni terminale (autosensing) e se quest'ultimo supporta più velocità (10 o 100 o 1000 megabit/sec) comincia una negoziazione per scegliere una velocità nonché la modalità semi-duplex o full-duplex della trasmissione. Questo permette di avere un parco informatico con performance differenti (ad esempio un parco con diverse configurazioni hardware).

Dato che il traffico emesso e ricevuto non è trasmesso su tutte le porte, diventa più difficile "controllare" (sniffing) quello che succede, contribuendo così alla sicurezza generale della rete, tema molto sensibile ai nostri giorni.

Per finire, l'uso degli switch permette di costruire delle reti più estese a livello geografico. Con Ethernet condiviso, un messaggio deve poter raggiungere qualsiasi altro terminale nella rete in un intervallo di tempo preciso (slot time) senza il quale il meccanismo di rilevazione di collisione (CSMA/CD) non funziona correttamente. Questo non succede più con gli switch Ethernet. La distanza è limitata soltanto a livello tecnico del supporto utilizzato (fibra ottica o coppia incrociata, potenza del segnale emesso e sensibilità del ricettore, ecc.).

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