Ethernet è un metodo standard per spostare i pacchetti di dati tra due o più computer collegati a un solo cavo. È una tecnologia che esiste dall’inizio degli anni ’80 e consente discrete velocità di trasferimento dei dati con una velocità massima di 10 milioni di bit per secondo (10 Mbps). Nell’Ethernet condiviso ogni messaggio emesso è esteso all’insieme dei Pc connessi e la banda passante è condivisa fra tutti i Pc. Poiché viene utilizzato un solo cavo, occorre utilizzare un protocollo per inviare e ricevere i dati, perché sul cavo può esistere solo un pacchetto di dati alla volta. Una LAN (Local Area Network – Rete Locale) Ethernet condivisa utilizza un protocollo di trasmissione denominato CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Accesso multiplo con sorveglianza di portante e rilevamento di collisione) affinché più computer possano condividere e comunicare in un unico cavo di trasmissione. I controller Ethernet incorporati nei computer adottano il protocollo CSMA/CD per trasmettere e ricevere i pacchetti Ethernet. L’idea su cui si basa il protocollo CSMA/CD è simile al modo in cui potreste fare conversazione. Aspettate che ci sia una pausa (Carrier Sense) e parlate quando nessun altro sta parlando. Se voi e un’altra persona iniziate a parlare contemporaneamente, vi rendete entrambi conto del problema (Collision Detection) e vi fermate per un istante; poi uno dei due inizia di nuovo a parlare. In una LAN Ethernet condivisa, ogni controller controlla la presenza di segnali sul cavo (Carrier Sense) e se il livello del segnale è basso, un controller invia un pacchetto, che contiene le informazioni sul mittente e il destinatario, lungo il cavo. Tutti i controller Ethernet della LAN ascoltano il segnale e il destinatario riceve il pacchetto. Se per qualche motivo due controller inviano contemporaneamente un pacchetto di dati, il livello del segnale nel cavo aumenta fino a superare la soglia e i controller sanno che si è verificata una collisione (invio contemporaneo di due pacchetti). Entrambi i controller attendono un intervallo di tempo casuale prima di inviare nuovamente i pacchetti.
Le LAN Ethernet, riassumendo, utilizzando la modalità di accesso al canale condiviso:
- Non è previsto nessun controllo centralizzato, cosicché con questo protocollo (CSMA/CD) ogni Pc è autorizzato ad emettere sulla stessa linea in ogni momento e senza nozione di priorità fra i Pc, e ogni nodo si preoccupa di trasmettere il messaggio cercando di evitare le collisioni.
- Utilizzano questo schema di funzionamento:
Quando un computer vuole trasmettere un’informazione
- prima verifica che il canale (o linea) sia libero e poi invia il messaggio.
- Se si accorge che un altro computer sta trasmettendo, aspetta.
- Se si verifica una collisione (due o più computer hanno inviato i loro messaggi contemporaneamente) i computer coinvolti si fermano, aspettano per un tempo casuale e poi riprovano la trasmissione.
Ethernet invia i dati in pacchetti (frame) con un formato standard costituito dalla seguente sequenza di componenti:
preambolo di 8 byte;
indirizzo del destinatario di 6 byte;
indirizzo del mittente di 6 byte;
lunghezza di 2 byte del campo dati;
campo di dati da 46 a 1500 byte;
sequenza di controllo (CRC) del frame di 4 byte (utilizzata per il controllo degli errori).
La scelta di quale tipo di cablaggi utilizzare dipende dalle esigenze e dalle disponibilità economiche. Anche una LAN che opera alla velocità di 10 Mbit/sec può risultare più che adeguata se le esigenze di connessione riguardano l’accesso ad Internet. Ciò che veramente può generare un traffico significativo sulla LAN è un utilizzo molto intenso di applicazioni (es. giochi, AutoCad) o dati. In questi casi può essere necessario adottare una Fast Ethernet a 100 Mbit/sec. Le reti a 1000 Mbit/sec oggi sono sfruttate per realizzare dorsali a cui accedono migliaia di computer. Nel collegare i vari dispositivi di una rete, occorre tener presente che con un Hub o uno Switch Ethernet, va utilizzata una scheda di rete Ethernet; con un Hub o Switch Fast Ethernet va utilizzata una scheda di rete Fast Ethernet.
Ethernet commutata
Un’evoluzione importante è quella dell’Ethernet commutata. La topologia fisica resta a stella, organizzata intorno ad un commutatore (Switch). Lo Switch controlla gli indirizzi del mittente e del destinatario dei messaggi, crea una tabella che gli permette di sapere quale Pc è connesso su quale porta dello Switch ed utilizza un meccanismo di filtraggio. Conoscendo la porta del destinatario, il commutatore trasmetterà il messaggio solo sulla porta indicata, e le altre porte resteranno libere per altre trasmissioni che potranno prodursi contemporaneamente. Ne risulta che ogni scambio può effettuarsi senza condivisione della banda passante, senza collisioni, e di conseguenza con un aumento sensibile della banda passante della rete. Dato che la commutazione permette di evitare le collisioni, i commutatori moderni permettono di disattivare il rilevamento di collisione (CSMA/CD) e passare in modalità full-duplex della trasmissione sulle porte. In questo modo i Pc possono emettere e ricevere allo stesso tempo, il che contribuisce a migliorare le performance di rete. La modalità full-duplex è particolarmente utile per i server che devono seguire più client. L’uso di commutatori permette di costruire delle reti più estese a livello geografico. Con Ethernet condiviso, un messaggio deve poter raggiungere qualsiasi altro Pc nella rete in un intervallo di tempo preciso (slot time) senza il quale il meccanismo di rilevazione di collisione (CSMA/CD) non funziona correttamente. Questo non succede più con i commutatori Ethernet. La distanza è limitata soltanto a livello tecnico del supporto utilizzato (fibra ottica, doppino in rame, cavo coassiale).