Cos'è l'Ethernet

Per molti è semplicemente un cavo che permette di collegare il computer – desktop o laptop non fa differenza –, le console di gioco, gli hard disk e i media center al router con l'obiettivo di creare una LAN (Local Area Network), ossia una rete casalinga. L'Ethernet, invece, è una famiglia di tecnologie necessarie alla realizzazione e al funzionamento di reti locali (LAN nello specifico) le cui specifiche tecniche sono state stabilite con lo standard IEEE 802.3.

Ideata a livello sperimentale a metà anni '70 nei laboratori Xerox PARC da Robert Metcalfe e dal suo assistente David Boggs, l'Ethernet è oggi la tecnologia più utilizzata in ambito domestico per la creazione di reti che comprendono e mettono in connessione un numero esiguo di nodi. Per questo motivo, nel corso dei decenni, sono stati realizzati switch Ethernet sempre più performanti, indispensabili per permettere la comunicazione in modo trasparente tra due nodi di una stessa rete.

Cos'è l'Ethernet

L'Ethernet, in termini tecnici, è un insieme di protocolli e strumenti di rete che permettono la creazione di reti locali diversamente estese (da pochi nodi fino a qualche decina). Teoricamente, un cavo Ethernet può raggiungere la lunghezza massima di 100 metri: per connettere nodi ad una distanza maggiore vengono utilizzati dispositivi che ripetono o reindirizzano il segnale. Servono a questo scopo i bridge Ethernet e gli switch Ethernet, periferiche in grado di mettere in collegamento spezzoni diversi una stessa LAN.

L'elemento comune di ogni rete Ethernet è la struttura del pacchetto, chiamata frame. Composto da 7 elementi differenti, il frame è responsabile di indirizzare e trasportare i dati della comunicazione tra due nodi della stessa rete LAN.

Come è fatto un cavo Ethernet

Esteriormente, un cavo Ethernet si presenta come un lungo filo coperto da una guaina di plastica con all'estremità due connettori (anche loro in plastica) di tipo RJ45. All'interno della guaina, tra vari strati protettivi e schermanti, troviamo quattro doppini responsabili della trasmissione dei dati da un dispositivo di rete all'altro. I doppini si distinguono l'uno dall'altro grazie a colori identificativi: blu, arancio, verde e marrone. Avremo così un doppino blu (un cavo colorato pieno e un cavo a strisce), un doppino arancione (un cavo colorato pieno e un cavo a strisce), un doppino verde (un cavo colorato pieno e un cavo a strisce) e un doppino ocra (un cavo colorato pieno e un cavo a strisce).

I cavi Ethernet possono essere sia dritti sia incrociati. Nei cavi Ethernet dritti la disposizione dei doppini è la stessa sia in un connettore RJ45 sia nell'altro: ciò vuol dire che l'ordine nel quale gli 8 cavi di rame sono disposti viene mantenuta ai due capi del filo Ethernet. Nei cavi Ethernet incrociati la posizione degli otto cavi viene "scambiata" come se si riflettessero in uno specchio: se in un connettore RJ45 si inizia con i doppini marrone e si termina con quelli arancio, all'altro capo si inizia con quelli arancio e si termina con quelli marrone.

I sette elementi del frame Ethernet

1. Il primo dei 7 elementi è il "preambolo" (preamble), è grande 7 byte e viene utilizzato sostanzialmente per la sincronizzazione del processo di comunicazione tra i due nodi della rete, ossia tra mittente e ricevente. A svolgere questo compito sono, da un lato, gli adattatori per il ricevente, dall'altro, gli oscillatori per il mittente: sono questi due componenti, infatti, a sincronizzare gli orologi del nodo di emissione e di quello di ricezione.

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2. Il secondo spezzone è lo SFD (Start Frame Delimiter), grande 1 byte, serve a delimitare il "preambolo" e segnare l'inizio del pacchetto dati.

3. Il terzo e il quarto elemento di un frame Ethernet, di 6 byte ciascuno, corrispondono agli indirizzi MAC rispettivamente del destinatario e del mittente, essi rappresentano gli indirizzi fisici identificativi assegnati in modo univoco dal produttore di ogni scheda di rete e quindi associati univocamente ad ogni nodo connesso alla LAN.

4. L'Ethertype, delle dimensioni di 2 byte, indica invece il tipo di protocollo utilizzato nella comunicazione. A seconda dei casi, si può utilizzare il protocollo IPv4 o IPv6, il protocollo PPPoE e il protocollo ARP.

5. Il Payload o "campo dati" – dai 46 ai 1500 byte – contiene le informazioni reali scambiate nella comunicazione.

6. A chiudere il tutto troviamo il FCS (Frame Check Sequence), il quale, con i suoi 4 byte contenenti un valore di controllo del tipo CRC (Cyclic Redundancy Check), consente di rilevare se ci sono stati errori nel processo comunicativo.

La storia del cavo Ethernet

Tutti gli elementi, fisici e di protocollo, che servono a definire tecnicamente l'Ethernet vennero progettati a livello sperimentale tra il 1973 e il 1974 all'interno dello Xerox PARC (Palo Alto Research Center) da Robert Metcalfe. Quest'ultimo prese spunto da ALOHAnet, un protocollo di rete il cui scopo era garantire le funzionalità di accesso e trasmissione dati in reti di piccole dimensioni.

Il nome Ethernet venne utilizzato per la prima volta nel maggio del 1973 dallo stesso Metcalfe, che tentava di convincere i vertici Xerox della bontà del suo lavoro. Il nome venne scelto per "rendere omaggio" all'Etere Luminifero, una sostanza gassosa e impalpabile che, a metà Ottocento, si credeva essere il mezzo inerte attraverso il quale si propagavano le onde elettromagnetiche. Nel 1975 Xerox presentò un brevetto a nome di Metcalfe e del suo team di lavoro (oltre a David Boggs, il brevetto porta i nomi di Chuck Thacker e Butler Lampson).

Le tecnologie descritte nel brevetto vennero utilizzate, con successo, all'interno dello Xerox PARC e nel 1976 Metcalfe e Boggs pubblicarono un articolo accademico – Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks – con il quale descrivevano le parti fondamentali e il funzionamento di una rete basata su tecnologia Ethernet.

Nel 1979 Metcalfe andò via da Xerox ma riuscì ugualmente a convincere l'allora gigante statunitense dell'informatica a collaborare con Digital Equipment Corporation e Intel per iniziare a lavorare su uno standard Ethernet univoco. Nacque così il team DIX (dalle iniziali delle tre società coinvolte nel progetto), che l'anno successivo presentò all'Institute of Electronical and Electronics Engineers (IEEE) la prima proposta di standardizzazione dell'Ethernet in ambito LAN. Questa prima proposta riguardava uno standard con velocità di 10 Mbps e indirizzi di 48 bit: si trattava del 10BASE-T, il "modello base" della connettività Ethernet.

Modelli di Ethernet

Tra i tanti modi in cui è possibile "catalogare" le varie tipologie di Ethernet che sono state sviluppate negli oltre 30 anni di vita di questa tecnologia, la più adottata è quella basata sulla velocità teorica massima raggiungibile nel corso del trasferimento dei file.

10BASE-T

Specifica di livello base del protocollo IEEE 802.3 caratterizzata da una velocità di trasferimento di 10 Megabit (10 milioni di bit) al secondo. I cavi sono composti da due doppini di derivazione telefonica intrecciati l'uno con l'altro, mentre i connettori sono gli RJ-45, anch'essi di derivazione telefonica.

Fast Ethernet

Standard di trasmissione dati per reti LAN la cui velocità massima teorica è di 100 Megabit al secondo. Anche in questo caso la 100BASE-T è lo standard predominante, caratterizzato da due doppini intrecciati e connettori RJ-45.

Gigabit Ethernet

Evoluzione del Fast Ethernet a una velocità 10 volte superiore. Come lascia intuire anche il nome, il Gigabit Ethernet è caratterizzato da velocità di trasferimento di 1 Gigabit (1 miliardo di bit) al secondo sfruttando, sempre nella configurazione 1000BASE-T, doppini di rame di derivazione telefonica e connettori RJ-45.

2.5GBASE-T, 5GBASE-T e 10GBASE-T con cavi di categoria Cat5e, Cat6 e Cat7

L'evoluzione dei cavi Ethernet ha però permesso ai tecnici e agli ingegneri di spingersi ben oltre la soglia di 1 gigabit. Già oggi sono in commercio cavi che possono arrivare a 10 gigabit al secondo: è il caso dei cavi Ethernet Cat 7 (detti anche 10GBASE-T), capaci di far viaggiare pacchetti dati a 1,25 gigabyte al secondo (1 byte = 8 bit, quindi 1,25 gigabyte equivale a 10 gigabit). Questi, però, non sono gli unici in grado di andare oltre il singolo gigabit di velocità: con l'introduzione dello standard IEEE 802.3bz, infatti, si sono registrati notevoli miglioramenti prestazionali anche per i cavi Ethernet Cat 5e e Cat 6. Il primo, detto anche 2.5GBASE-T, ha una velocità massima di trasferimento dati di 2,5 gigabit al secondo; il secondo, detto 5GBASE-T, può spingersi fino ai 5 gigabit al secondo.