Tutto quello che devi sapere su Ethernet

Con Ethernet , si intende una famiglia di tecnologie per reti locali (LAN) sviluppato inizialmente al livello sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs (suo assistente) allo Xerox PARC e poi ricoperta dalla norma IEEE 802.3.

Il principio di una rete Ethernet è semplice:

Tutti i terminali della rete Ethernet sono connessi allo stesso mezzo di comunicazione, costituito da cavi cilindrici.

Quest’articolo parlerà degli elementi di una rete Ethernet, della sua topologia, del suo Funzionamento. 

componenti di una rete Ethernet:

La rete Ethernet è composta dei nodi della rete e del mezzo trasmissivo.

I nodi sono divisi in due classi:

        1-       Gli apparati terminali: Elementi che sono o la sorgente o la destinazione di un Frame d’informazioni. Come esempio abbiamo PC, Notebook, server, oppure stampanti.

2-       Gli apparati di comunicazione: Elementi intermediari che ricevono e poi spediscono Frame d’informazione attraverso la rete. Come esempio abbiamo i repeater, switch oppure modem.

Il mezzo trasmissivo è comune e definisce percorsi per i segnali elettrici attraverso la rete. Può essere un cavo doppio o un cavo a fibra ottica.

Topologia di una rete Ethernet

Come si è detto all'introduzione un solo mezzo permette di trasportare i frame da una sorgente a una destinazione. Questa ci fa subito pensare a una topologia a bus coassiale.

Questo rappresenta solo la topologia logica della rete cioè, il percorso logico che le informazioni seguono per arrivare a destinazione. Nelle prime reti Ethernet la topologia elettrica corrispondeva anche alla topologia fisica, cioè al modo in cui fisicamente le varie stazioni erano collegate tra loro. In seguito con l’adozione di apparati di comunicazione come repeater o switch, la topologia fisica è cambiata.

Ora vedremo le strutture più semplici che si trovano combinate nelle topologie ethernet fisiche in generale.

La connessione Punto-a-Punto

Rappresenta la struttura più semplice e coinvolge due elementi. Può essere del tipo

AT-a-AT, AT-a-AC oppure AC-a-AC

La struttura doppio bus coassiale.

E una struttura molto usata singolarmente dalle reti ethernet semplici.

Struttura a Stella

Questa struttura si ritrova nelle reti ethernet più complesse.

In queste strutture gli apparati di comunicazione vanno dai repeater (per aumentare la lunghezza dei segmenti di rette) agli switch (per collegare più reti ethernet in un nodo).

     Funzionamento della rete Ethernet

Ethernet fornisce al livello di rete un servizio senza connessione in cui l’informazione è trasmessa in modalità broadcast. Tutti i terminali ricevono l’informazione e solo il terminale destinatario dopo verifica legge tutto il pacchetto mandato.

Non c’è nessun sistema che gestisce l’accesso al mezzo trasmissivo. Il sistema di gestione delle collisioni e dell’accesso condiviso del canale trasmissivo è interno a ogni apparato di rete e si chiama CSMA/CD.

Carrier Sense: ascolto del canale (Ogni Terminale ascolta in continuo il canale per determinare intervalli fra la trasmissione dei Frame.)

Multile Access: accesso multiplo

Collision Detecion: rilevamento di collisione

Ecco come avviene la comunicazione nei diversi scenari possibili: 

·         Ciascun terminale verifica che non via siano comunicazioni sulla linea prima di emettere.

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

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

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 secondo la 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.

Dopo ogni trasmissione di un terminale, tutti i terminali avranno di nuovo un’opportunità di accesso al canale con priorità uguale.

Confronto del modello IEEE 802.3 con il modello  OSI

I livelli ethernet sono MAC –Client, MAC e livello fisico.

Il MAC-Client può essere:

• Logical Link Control (LLC), che fornisce un’interfaccia fra il livello MAC e I livelli superiori.
• Un Bridge o Switch, che fornisce un’interfaccia LAN-a-LAN fra rei che usano lo stesso protocollo (Esempio Ethernet-a-Ethernet) oppure protocolli diversi (Esempio Ethernet-a-Token Ring).          

Il Livello Mac ha la responsabilità di:

• Encapsulazione dei dati, incluso assemblaggio e suddivisione del frame prima e dopo la trasmissione, e del controllo e rilevamento di errori dopo la ricezione.
• Accesso al canale trasmissivo, incluso l’inizializzazione del frame e la manutenzione in caso d’insuccesso della trasmissione.

Il livello fisico si occupa della trasmissione dei dati, della cifratura del segnale del tipo di mezzo trasmissivo connettendo due nodi.

Terminiamo l’articolo con i vantaggi che offre la rete ethernet:

1. Facile da capire, implementare e gestire.
2. Costa poco rispetto altre tecnologie LAN.
3. Grande flessibilità nell'estensione e l’installazione della rete.
4. Funziona bene e genera pochi problemi.

Riferimenti e approfondimenti:

Articoli su Ethernet nei siti:

javvin.com

kiokea.net

wikipedia.com

howstuffworks.com

cisco.com

Appunti del prof Necci su Ethernet (uniroma3)

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