Come funziona la rete Ethernet

luglio 2003 La rete progettata tra il 1972 e il 1973 da Robert Metcalfe al centro di ricerca Xerox di Palo Alto, con lo scopo di interconnettere computer e stampanti, inizialmente si chiamava Alto Aloha Network, perché si ispirava al progetto della ret …

luglio 2003 La rete progettata tra il 1972 e il 1973 da Robert
Metcalfe
al centro di ricerca Xerox di Palo Alto, con
lo scopo di interconnettere computer e stampanti, inizialmente si chiamava Alto
Aloha Network
, perché si ispirava al progetto della rete radio
Aloha dell'università delle Hawaii.
Il nome venne cambiato in Ethernet, contrazione di etere (per
testimoniare la sua origine radio) e net (abbreviazione di network, rete). Nel
1980 Digital, Intel e Xerox pubblicarono le specifiche della prima rete Ethernet,
basata su cavi coassiali rigidi e spessi un centimetro (da cui il nome di thick
coax, coassiale rigido).
Nel 1983 l'IEEE (Institute for Electronic and Electrical Engineers)
pubblicò lo standard “IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer
Specifications”, il primo di una serie di standard che concorrono a descrivere
il funzionamento delle reti derivate dal progetto di Metcalfe e collettivamente
denominate Ethernet. Il numero 802.3 identifica il comitato IEEE che si
occupa di reti CSMA/CD all'interno del gruppo 802 relativo alle reti fisiche
.

CSMA/CD, in ascolto della rete
Il titolo del documento dell'IEEE è una descrizione sintetica del funzionamento
di Ethernet. Si riferisce infatti a una rete dove tutti i computer (e altri
dispositivi) sono collegati a un bus (un mezzo di comunicazione
lineare, come un cavo).
Il metodo di accesso alla rete si basa su una portante (carrier),
ovvero un segnale sempre presente. Quando un computer vuole trasmettere dati
a un altro computer, ascolta se la rete è libera (carrier sense);
se è occupata, aspetta, altrimenti inizia a trasmettere un “pacchetto”
di dati.
Qualunque computer della rete può trasmettere fintantoché gli
altri ascoltano senza trasmettere (accesso multiplo). Se due
(o più) computer trasmettono simultaneamente, si verifica una “collisione
tra i segnali. I computer interessati si accorgono che stavano entrambi trasmettendo
(collision detection), quindi interrompono la trasmissione
e attendono un tempo casuale prima di riprendere la trasmissione.
L'utilizzo di un bus corrisponde alla prima topologia fisica
(il modo in cui i nodi della rete sono collegati tra loro) adottata da Ethernet,
che in origine si basava su un cavo coassiale rigido e spesso un centimetro,
da cui il nome thick (spesso).

Il cavo coassiale si assottiglia

L'introduzione nel 1985 dello standard IEEE 802.3a, che prevedeva
un cavo coassiale thin (sottile) da mezzo centimetro, molto
più flessibile, favorì la diffusione di Ethernet, che a quel tempo
aveva una capacità di 10 Mbps (megabit al secondo). Oggi è raro
trovare cablaggi in cavo coassiale, che richiedevano giunti a T per i collegamenti
tra il bus e i computer, connettori BNC a baionetta sulle schede
di rete e sui cavi e terminatori (resistenze da 50 ohm) alle estremità
del bus.
Nel 1990 fu introdotto lo standard IEEE 802.3i, che prevedeva,
anziché una topologia fisica lineare basata su cavo coassiale, una topologia
fisica a stella
realizzata tramite cavi in doppino ritorto
(tipicamente due doppini per cavo) e un concentratore (hub)
al centro della stella.
Da un punto di vista logico la topologia resta a bus condiviso, perché
tutti i computer sono collegati tra loro; quando il computer A trasmette i pacchetti
destinati al computer B, anche C, D e tutti gli altri ricevono (e scartano)
questi pacchetti.
Ai nomi degli standard citati corrispondono nomi comuni che indicano la capacità
della connessione e il tipo di segnale: 10Base5 per l'802.3, 10Base2 per l'802.3a
e 10BaseT per l'802.3i, 100BaseTX per l'802.3u, 1000BaseT per l'802.3ab e così
via per gli altri standard Ethernet.
Il numero iniziale indica la velocità massima di trasmissione (in Mbps)
e Base (in inglese, ma uguale in italiano) si riferisce al modo di trasmettere
i segnali.
La massima lunghezza di una connessione è di 500 m con
10Base5 (coassiale spesso), 185 m con 10Base2 (coassiale sottile) e 100 m con
il doppino (10BaseT e 100BaseTX). Altri limiti riguardano il “diametro”
della rete (la distanza tra i nodi più lontani), il numero massimo di
nodi e la loro distanza minima.

Banda base o banda larga?
Su una rete i segnali possono essere trasmessi direttamente, sfruttando la banda
passante supportata dal mezzo fisico, oppure modulando una frequenza portante
e ricorrendo a tecniche di multiplexing per mescolare più
canali: si può dividere il segnale in finestre temporali per trasmettere
a turno più segnali o si possono sovrapporre più segnali sullo
stesso canale utilizzando tante portanti di frequenze diverse, come avviene
nella trasmissione DSL a banda larga. Il primo tipo di trasmissione, che supporta
un solo canale, prende il nome di Banda base (baseband), al
contrario della trasmissione a banda larga (broadband) a più
canali.
Le reti Ethernet sono a banda base, da cui deriva il nome Base
nella sigla delle connessioni, che nel corso degli anni sono diventate sempre
più veloci. La connessione più diffusa ed economica oggi è
la 100BaseTX (802.3u) basata su cavo UTP (Unshielded Twisted
Pair, doppino ritorto non schermato) di categoria 5 (un cavo che utilizza due
dei suoi quattro doppini per trasmettere fino a 100 Mbps).
Esistono molti altri standard basati su doppini e su fibra ottica, come ad esempio
il 1000BaseT (802.3ab, 1 Gbps sui quattro doppini di un cavo UTP Cat.5e). Mentre
è già disponibile la connessione a fibra ottica da 10 Gbps, sono
allo studio dell'IEEE le versioni Twinax (doppio cavo coassiale) per tratte
di 15 m e a doppino per connessioni fino a 100 metri.

...continua

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