1.4  La rete Ethernet.

La rete Ethernet è una di quelle soluzioni tecniche che permettono a più calcolatori di dialogare tra di loro condividendo un unico mezzo trasmissivo su cui a turno possono trasmettere. Il mezzo in questione era originariamente un complesso di cavi coassiali - anche se le tecniche più moderne usano fibre ottiche e doppini telefonici in unione con apposite centraline.

Nella forma più semplice una rete Ethernet (a 10Mb/s) è realizzata con un unico cavo coassiale; i vari calcolatori sono collegati tutti a tale cavo coassiale. Tutti i calcolatori sono sempre in ascolto sul cavo per sentire se c'è qualche pacchetto di dati per loro, e se sì lo ricevono e lo elaborano. Quando un calcolatore vuole trasmettere un pacchetto ad un altro calcolatore, aspetta un momento in cui nessun altro stia trasmettendo, e prova a trasmettere il pacchetto. Naturalmente può darsi che contemporaneamente qualche altro calcolatore faccia la stessa cosa. Si ha allora quella che si chiama una collisione di pacchetti. Quando ciò si verifica i calcolatori che stavano trasmettendo tacciono e aspettano un intervallo di tempo determinato da un algoritmo casuale prima di riprovare a trasmettere. Poiché i pacchetti hanno lunghezza minima e massima fissate, non è possibile che qualcuno monopolizzi le trasmissioni: ognuno ha sempre la sua possibilità di trasmettere.

Per evitare che i segnali inviati sul cavo si riflettano ripassando più volte avanti e indietro, alle estremità del cavo ci sono degli appositi terminatori di linea (cioè resistenze non induttive di valore ohmico pari alla impedenza nominale del cavo). Senza terminatori il cavo non funziona, perché i segnali arrivati all'estremo del cavo privo di terminatore, si riflettono e tornano indietro creando una collisione con sé stessi.

La lunghezza del singolo cavo è limitata a 500 metri, ma si possono collegare più cavi tra di loro, mediante appositi ripetitori.

Ci sono comunque dei limiti fisici ben precisi, per cui una rete Ethernet non può estendersi più che tanto - grosso modo due chilometri e al massimo 1000 calcolatori, anche se in pratica non si arriva mai oltre a qualche centinaio. Per distanze maggiori o per collegare moltissimi calcolatori si configurano varie reti Ethernet che si collegano poi tra di loro con i routers.

Sono due i tipi di cavo coassiale usabili: il cavo ThickEthernet ( cavo coassiale grosso come un dito, di solito di colore giallo) e il cavo ThinEthernet (cavo coassiale ma sottile come quello telefonico, di solito di colore bianco o nero).

Nel primo caso ogni calcolatore è collegato al cavo Ethernet mediante un apposito ricetrasmettitore detto transceiver e situato a contatto del cavo; tra il calcolatore e il transceiver c'è un grosso cavo detto drop cable connesso ad una apposita porta del calcolatore (presa AUI).

Nel secondo caso è lo stesso cavo Ethernet, molto più sottile e flessibile, ad arrivare ad ogni calcolatore, cui è collegato mediante un raccordo a T ad una apposita presa coassiale. Molti calcolatori hanno infatti ambedue le prese, sia quella AUI che quella coassiale. Se un calcolatore non ha la presa coassiale ma solo quella AUI è comunque possibile attaccare a tale presa un apposito minuscolo transceiver adatto al Thin Ethernet.

Con questi tipi di connessione è facile vedere se un dato calcolatore è collegato alla rete o meno: basta guardare se una delle porte è collegata o a un drop cable o a un Thin Ethernet.

Nel caso della connessione al Thick Ethernet, un incidente abbastanza comune è il distacco del drop cable dalla sua presa AUI: il drop cable infatti è piuttosto grosso e rigido per cui a volte se si sposta il calcolatore e il cavo non era ben fissato alla presa, può sfilarsi: niente di male, basta rimettere il drop cable nella apposita presa del calcolatore. La presa si può infilare in un solo modo, per cui non c'è la possibilità di sbagliare verso. A volte c'è un fermo a slitta per impedire al cavo di uscire dalla presa. Attaccare o staccare il drop cable dal calcolatore interrompe solo il collegamento di quel calcolatore alla rete e non disturba in generale il funzionamento delle altre macchine collegate in rete.

Nel caso della connessione al thin Ethernet, gli attacchi del cavo coassiale sono a baionetta. Bisogna però stare attenti a non interrompere la connessione del cavo coassiale: se si scollega uno dei collegamenti tra il cavo ethernet e il connettore a T, allora l'intero tratto di Thin cable non potrà più funzionare, e cioè tutti i calcolatori collegati a quel tratti di Thin Cable risultano sconnessi dalla rete. E lo stesso accade se accidentalmente si scollega uno dei terminatori del cavo. E' invece possibile collegare o scollegare un singolo calcolatore staccando dal calcolatore connettore a T e cavo coassiale congiuntamente.

Queste tecniche di cablaggio permettono di usare una banda di 10Mb/s. Se si cerca di usare una banda più estesa, come per esempio 100Mb/s o 1Gb/s, accade che la zona fisica in cui è possibile fare funzionare il meccanismo dell'Ethernet si rimpicciolisce in proporzione, riducendosi a poche decine di metri o pochi metri rispettivamente. Infatti, propagandosi nel mezzo, il pacchetto occupa una certa zona di spazio, e più alta è la frequenza, più piccola è tale zona. Per poter funzionare, il meccanismo dell'Ethernet richiede di poter rivelare senza ambiguità le collisioni di pacchetti. Pacchetti troppo piccoli fisicamente non vanno bene, perché ci può essere collisione senza che i due trasmettitori se ne accorgano. D'altra parte se si aumenta la banda e si allungano i pacchetti per tramettere la stessa quantità di informazione non si ha nessun guadagno.

Si ricorre allora ad un altro sistema, basato su apposite centraline (HUB ) da cui si dipartono tanti cavi, uno per calcolatore, del tipo dei doppini telefonici (TP=Twisted Pairs UTP=unshielded Twisted Pairs ), con connettori tipo quelli dei telefoni USA (RJ45), che possono essere lunghi fino a 150 metri, oppure tanti tratti di coppie di cavi in fibra ottica (multimodale o per frequenze più elevate monomodale, con cui si possono raggiungere lunghezze di qualche chilometro). Il meccanismo di collisione dei pacchetti è sempre lo stesso, ma è implementato dall'elettronica all'interno della centralina, in uno spazio ridottissimo, per cui sono possibili le frequenze più elevate.

In questo caso una interruzione su uno dei cavi che va dalla centraline ad uno dei calcolatori non ha effetti sulla connessione degli altri calcolatori, e per questo motivo questa tecnica è adottata in situazioni in cui è richiesta una alta affidabilità dell'impianto, anche se le spese di cablatura sono notevolmente superiori, richiedendo la stesura di un apposito cavo dalla centralina ad ogni singolo calcolatore.

Si noti che lo HUB non esamina il contenuto dei pacchetti, e quindi manda i pacchetti a tutti i calcolatori collegati senza fare operazioni di smistamento, e segnalando la collisione ogni volta che rivela due pacchetti trasmessi nello stesso momento da due macchine diverse.

E' possibile connettere tra di loro i vari tipi di cavi di rete ethernet, con apposite apparecchiature dette media converter, e spesso - per questioni di mercato - si tratta di attrezzature combinate, come per esempio HUB con 12 porte RJ45, 1 BNC, 1 AUI, che possono essere collegate ad un cavo Thick, un cavo Thin e a 12 calcolatori.

Le schede di rete che si installano nei vari calcolatori possono disporre di presa AUI, di presa BNC o presa RJ45, o una qualsiasi combinazione di queste, ma in tale caso le varie prese non sono attivabili contemporaneamente. Le schede a 100Mb/s dispongono ovviamente della sola presa RJ45.

L'evoluzione naturale degli HUB sono stati gli SWITCH. Prendendo lo spunto dalle tecniche usate nelle centraline telefoniche digitali, si è provato a dotare degli HUB di una elettronica veloce che fosse in grado di smistare i pacchetti in modo più astuto che non mandarli a tutte le porte contemporaneamente. Per fare ciò, uno SWITCH tiene aggiornato per ogni porta un elenco di macchine che sono direttamente raggiungibili da quella porta. Quando arriva un pacchetto, lo SWITCH legge velocemente l'inizio del pacchetto, ove si trova scritto l'indirizzo del destinatario, e gira il pacchetto esclusivamente alla porta cui sa essere collegata la macchina in questione. Se la macchina non figura in nessun elenco, o se il pacchetto e' un broadcast ( cioè e' diretto a tutte le macchine), allora lo SWITCH si comporta come un semplice HUB mandando il pacchetto a tutte le porte.

Questo procedimento di smistamento intelligente può essere fatto in parallelo su tutte le porte, per cui accade normalmente che in uno stesso istante in uno SWITCH stiano passando molti pacchetti tra diverse coppie di porte dell'apparecchio.

L'uso degli SWITCH può aumentare notevolmente la banda passante aggregata della rete: per esempio uno SWITCH non blocking con 24 porte UTP a 100Mb/s può stabilire nel caso più favorevole ben 12 connessioni a 100Mb/s, che equivalgono ad una banda passante aggregata di 12*100Mbs=1.2Gb/s.

Un altro aspetto interessante su cui gli SWITCH offrono interessati vantaggi è quello, su cui ritorneremo più avanti, della privacy e della sicurezza della rete.

Per fare un grossolano confronto dei vari tipi di collegamento rispetto a quelli dell'ethernet, una linea seriale che collega un terminale a un calcolatore usualmente va a 10 kbit/sec, un normale modem può arrivare a 50kb/s, una porta parallela che collega una stampante a un calcolatore può arrivare a 2 Mbit/sec, una moderna porta USB fino a 12Mb/s, e quando si scrivono dei dati su un dischetto si trasferiscono dati a una velocità inferiore a 500 kbit/sec.

Queste misure in cui si parla di velocità misurano in effetti la quantità di informazione che può essere fatta passare attraverso i collegamenti in una unità di tempo, e non hanno relazione con l'apparente ritardo della risposta ai comandi dati attraverso la rete, ritardo che dipende di solito sopratutto dai tempi di risposta dei vari calcolatori, in primis server e routers, dagli errori che costringono a fare rispedire pacchetti persi a causa di disturbi e congestioni su tratti della rete, ma anche talvolta dalla effettiva distanza che il segnale elettrico deve percorrere (specie nelle trasmissioni via satellite), per cui il termine velocità non deve essere frainteso.

Attualmente i cavi thick ethernet non sono più usati. I cavi thin ethernet sono ancora usati per piccole ed economiche installazioni per cui sia sufficiente l'Ethernet a 10Mb/s. Le nuove installazioni sono fatte con cablaggi UTP che permettono di disporre di una banda di 100Mb/s, e gli SWITCH stessi sono connessi tra loro in fibra ottica monomodale che permette maggiori distanze e bande più elevate, fino ai Gb/s.
 
 

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