Reti Lan – Connessione Ethernet: caratteristiche della rete locale più diffusa al mondo.

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Cosa si intende per Ethernet? Si tratta di un tipo di LAN (Local Area Network), ovvero una famiglia di tecnologie standard sviluppate per reti locali. Il termine LAN identifica una rete costituita da computer collegati tra loro, dalle interconnessioni e dalle periferiche condivise in un ambito fisico delimitato (ad esempio: una stanza, un edificio, più edifici vicini), ossia avente raggio di qualche chilometro.
Le LAN, grazie alle dimensioni contenute, assicurano un basso tempo di trasmissione. Le LAN tradizionali lavorano tra 10 Mbps e 100 Mbps, hanno bassi ritardi e pochissimi errori. Le LAN recenti operano fino a 1 Gbps (sono utilizzate in ambienti server o storage di grandi dimensioni).
La connessione Ethernet costituisce probabilmente il sistema LAN più diffuso al mondo per vari motivi: anzitutto si tratta di un tipo di connessione che è nato molto presto (tra la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80) e si è diffuso velocemente, per cui le uscite di nuove tecnologie hanno trovato il campo occupato; inoltre, rispetto ai sistemi concorrenti, la connessione Ethernet è più economica e facile da usare e la diffusione delle componenti hardware ne ha facilitato l’adozione. In generale, poi, è un tipo di rete che solitamente funziona bene e genera pochi problemi.
Le connessioni Ethernet sono di diverse tipologie, ma l’elemento comune a tutte è nella struttura del pacchetto Ethernet, detto “frame”, che viene definito DIX e che è rimasto fedele alla versione originale.

Gli elementi del frame sono:
1) Preamble (preambolo), di 7 byte: questi primi byte hanno valore 10101010 e servono a “svegliare” gli adattatori del ricevente e a sincronizzare gli oscillatori con quelli del mittente;

2) Start Frame Delimiter (SFD), di 1 byte: questo byte ha valore 10101011 e la serie dei due bit a 1 indica al destinatario che sta arrivando del contenuto importante; è protetto mediante la violazione del codice Manchester; svolge la stessa funzione del campo flag della trama HDLC;

3) Destination MAC address (indirizzo di destinazione), di 6 byte: questo campo contiene l’indirizzo LAN dell’adattatore di destinazione; se l’indirizzo non corrisponde, il livello fisico del protocollo lo scarta e non lo invia agli strati successivi;

4) Source MAC address (indirizzo sorgente), di 6 byte;

5) EtherType (campo tipo), di 2 byte: questo campo indica il tipo di protocollo del livello di rete in uso durante la trasmissione, oppure — nel caso di frame IEEE 802.3 — la lunghezza del campo dati;

6) Payload (campo dati), da 46 a 1500 byte: contiene i dati reali, che possono essere di lunghezza variabile in base alla MTU della Ethernet; se i dati superano la capacità massima, vengono suddivisi in più pacchetti, mentre se i dati non raggiungono la lunghezza minima di 46 byte, viene aggiunto del padding (riempitivo) della lunghezza opportuna;

7) Frame Check Sequence (FCS), controllo a ridondanza ciclica (CRC), di 4 byte: permette di rilevare se sono presenti errori di trasmissione; in pratica, il ricevente calcola il CRC mediante un algoritmo e lo confronta con quello ricevuto in questo campo.

Per quanto riguarda gli indirizzi Ethernet, questi sono detti “indirizzi hardware”, “indirizzi MAC” o “MAC address”, oppure “indirizzi di livello 2”.
Per permettere la connessione fra i vari “nodi” della rete – i computer – occorre installare sui computer stessi apposite schede di comunicazione che si connettono alla rete tramite cavo coassiale o doppino telefonico. La lunghezza dei pacchetti di dati trasmessi è variabile e può arrivare fino a 1500 byte.
La codifica usata per i segnali binari è la codifica Manchester.
Ethernet è una tecnologia che fornisce al livello di rete un servizio senza connessione. In pratica, il mittente invia il frame nella LAN senza bisogno di alcun handshake (letteralmente “stretta di mano”: in gergo informatico indica la tecnica che permette a due dispositivi elettronici di riconoscersi e di stabilire un protocollo per lo scambio di informazioni),in modalità broadcast (o a bus condiviso): il frame attraversa tutta la LAN e viene ricevuto da tutti gli adattatori presenti, ma solo l’adattatore che vi riconosce il proprio indirizzo di destinazione lo recepirà, mentre tutti gli altri lo scarteranno.
Per quanto riguarda l’efficienza della connessione Ethernet, occorre premettere che cosa si intende con “efficienza”: si tratta della frazione di tempo a lungo termine durante la quale sono trasmessi frame senza collisioni con altri mittenti. Ethernet utilizza un algoritmo di accesso multiplo alla rete detto CSMA/CD. Ciò permette all’Ethernet, in certe condizioni, di avere un’efficienza di trasmissione del 100%.
Di base, una connessione Ethernet si muove via cavo, che può essere diretto (per collegare ad esempio un pc a un router) o incrociato (per collegare fra loro due o più pc). Tuttavia il cavo Ethernet ha una capacità limitata sia in lunghezza sia in capacità di traffico, per cui le LAN di grosse dimensioni vengono suddivise in reti più ridotte interconnesse tra loro da particolari nodi tra i quali possiamo trovare dei ripetitori, degli hub o elementi più sofisticati come bridge o switch riducendo così il cosiddetto dominio di collisione.
Il ripetitore semplicemente replica il segnale ricevuto mentre l’hub funge da nodo di smistamento dati.
Il bridge, invece, è un elemento di interconnessione più sofisticato dell’hub perché opera sui frame e non sui segnali elettrici. Con questo sistema si possono creare segmenti di LAN indipendenti in cui le collisioni e i ritardi restano limitati.
Infine gli switch, il sistema più sofisticato, composti da un numero elevato di schede ethernet che consente ad ogni host di essere connesso direttamente. Allo switch vengono poi collegati uno o più cavi Ethernet ad alta velocità che collegano altri segmenti di LAN. In questo modo lo switch intercetta i frame e li ridireziona ad un host oppure sui segmenti Ethernet. La gestione dei frame, quindi, è ottimizzata perché questi sono subito reindirizzati alla destinazione evitando, per quanto possibile, collisioni. In questo modo ogni scheda ha un suo dominio di collisione.

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