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22 Ottobre 2020

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Tecnologie di rete : Ethernet

4 min read
Ethernet è una famiglia di tecnologie standardizzate per reti locali, sviluppata a livello sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs  (suo assistente) allo Xerox PARC, che ne definisce le specifiche tecniche a livello fisico (connettori, cavi, tipo di trasmissione, etc.) e a  livello MAC del modello architetturale di rete ISO/OSI. Più in generale è utilizzata nelle reti locali (LAN), nelle reti metropolitane (MAN) e  nelle reti geografiche (WAN). È stato commercializzata nel 1980 e inizialmente standardizzata nel 1983 come IEEE 802.3, e da allora ha mantenuto una buona dose di retrocompatibilità ed è stato perfezionata per supportare velocità in bit più elevate e distanze di collegamento più lunghe. Nel tempo, Ethernet ha ampiamente sostituito le tecnologie LAN cablate concorrenti come Token Ring, FDDI e  ARCnet.

Ethernet è una famiglia di tecnologie standardizzate per reti locali, sviluppata a livello sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs  (suo assistente) allo Xerox PARC, che ne definisce le specifiche tecniche a livello fisico (connettori, cavi, tipo di trasmissione, etc.) e a  livello MAC del modello architetturale di rete ISO/OSI. Più in generale è utilizzata nelle reti locali (LAN), nelle reti metropolitane (MAN) e  nelle reti geografiche (WAN). È stato commercializzata nel 1980 e inizialmente standardizzata nel 1983 come IEEE 802.3, e da allora ha mantenuto una buona dose di retrocompatibilità ed è stato perfezionata per supportare velocità in bit più elevate e distanze di
collegamento più lunghe. Nel tempo, Ethernet ha ampiamente sostituito le tecnologie LAN cablate concorrenti come Token Ring, FDDI e  ARCnet.

L’Ethernet 10BASE5 originale utilizza il cavo coassiale come mezzo condiviso, mentre le nuove varianti Ethernet utilizzano collegamenti a  doppino intrecciato e fibra ottica in combinazione con interruttori. Nel corso della sua storia, i tassi di trasferimento dati Ethernet sono stati  aumentati dai 2,9 megabit per secondo (Mbit / s) agli ultimi 400 gigabit al secondo (Gbit / s). Gli standard Ethernet comprendono diverse  varianti di cablaggio e di segnalazione del livello fisico OSI in uso con Ethernet. I sistemi che comunicano su Ethernet dividono un flusso di dati in pezzi più brevi chiamati frame. Ogni frame contiene gli indirizzi di  origine e destinazione e i dati di controllo degli errori in modo che i frame danneggiati possano essere rilevati e scartati; più spesso, i  protocolli di livello superiore attivano la ritrasmissione di frame persi. Come per il modello OSI, Ethernet fornisce servizi fino al livello di  collegamento dati incluso. Funzioni come l’indirizzo MAC a 48 bit e il formato frame Ethernet hanno influenzato altri protocolli di rete, tra  cui la tecnologia di rete wireless Wi-Fi. Ethernet è ampiamente utilizzata nell’industria. Il protocollo Internet viene comunemente  trasmesso su Ethernet e pertanto è considerata una delle tecnologie chiave che compongono Internet.

Motivi del successo
Ethernet attualmente è il sistema LAN più diffuso per diverse ragioni:

-è nata molto presto e si è diffusa velocemente, per cui le uscite di nuove tecnologie come FDDI e ATM hanno trovato il campo occupato;
-rispetto ai sistemi concorrenti, è più economica e facile da usare e la diffusione delle componenti hardware ne ha facilitato l’adozione;
funziona bene ed è soggetta a pochi problemi;
-è adeguata all’utilizzo con TCP/IP.

Caratteristiche

Questo è il frame ovvero il pacchetto dati ricevuto dallo strato di datalink nella pila di protocolli. Gli elementi sono:

Preamble (preambolo), di 7 byte: ciascuno di questi primi 7 byte ha valore 10101010 e servono a “svegliare” gli adattatori del ricevente e 

a sincronizzare gli oscillatori con quelli del trasmittente. Quindi il preambolo sarà così costituito (in bit): 10101010 – 10101010 – 10101010
– 10101010 – 10101010 – 10101010 – 10101010

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;

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;

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

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;

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;

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. È molto simile al frame IEEE 802.3, tranne che per il campo tipo, che nell’802.11 diventa Tipo o Lunghezza e il campo Padding in modo
che la trama raggiunga le dimensioni minime e massime pari rispettivamente a 84 byte e 1538 byte.

Indirizzo Ethernet
Tali indirizzi sono anche detti indirizzi hardware, indirizzi MAC o MAC address, oppure indirizzi di livello 2.

Legacy Ethernet
10 BASE 5 (500 metri);
10 BASE 2 (185 metri);
10 BASE T (100 metri).

Le Legacy Ethernet hanno in comune:

-Architettura di base;
-Parametri di temporizzazione;
-Formato Frame;
-Processo di trasmissione (Codifica di Manchester);
-Utilizzo di 2 coppie di fili per trasmissione-ricezione.

Tipo di trasmissione
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  alcun handshake iniziale 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.

Il frame ricevuto può contenere errori, la maggior parte dei quali sono verificabili dal controllo CRC. Un frame che non supera il controllo  CRC viene scartato. Ethernet non prevede la ritrasmissione del frame scartato, né una notifica della sua perdita agli strati superiori.  Ethernet non è quindi affidabile, ma grazie a ciò è semplice ed economica. Il compito di provvedere alla ri-trasmissione dei frame perduti  viene demandato agli strati superiori (ad esempio il protocollo TCP).

La gestione delle collisioni e dell’occupazione simultanea ovvero condivisa del canale di trasmissione viene gestita mediante il CSMA/CD  (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Anche da questo punto di vista, Ethernet non è in grado di garantire la consegna
di un frame, e men che meno che il frame sia consegnato entro un tempo prevedibile.

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