Cos'è l'Ethernet e come Funziona il protocollo di rete

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Ethernet
Significato, utilizzo e funzionamento del Protocollo Ethernet

Ethernet è la tecnologia che viene utilizzata per permettere la comunicazione tra i dispositivi che si trovano su una stessa rete locale e differisce dalla connessione Wi-Fi per la presenza di un cavo che collega il computer al router Internet.


  • In breve:
  • Il protocollo Ethernet opera ai livelli 1 e 2 del modello OSI per i sistemi di comunicazione e definisce due unità di trasmissione costituite da pacchetto e frame.
  • Questo protocollo consente velocità di navigazione decisamente più elevate rispetto al collegamento senza fili.
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Che Cos'è l'Ethernet?

Ethernet è la tecnologia tradizionale utilizzata per il collegamento dei dispositivi all'interno di una rete locale cablata (LAN) o in una rete WAN (Wide Area Network). Consente ai dispositivi di comunicare tra loro tramite un protocollo, che è rappresentato da un insieme di regole o un linguaggio di rete in comune tra le apparecchiature.

Ethernet descrive come i dispositivi di rete formattano e trasmettono i dati in modo che altre macchine sulla stessa LAN o rete locale possano riconoscere, ricevere ed elaborare le informazioni. Un cavo Ethernet è il cablaggio fisico su cui viaggiano i dati.

I dispositivi connessi per mezzo di cavi per accedere a una rete geograficamente localizzata, invece di una connessione wireless, utilizzano molto probabilmente il protocollo Ethernet.

Rispetto alla tecnologia Wireless LAN (WLAN), Ethernet è in genere meno vulnerabile alle interruzioni.

Può anche offrire un maggiore grado di sicurezza e controllo della rete rispetto alla tecnologia wireless perché i dispositivi devono connettersi utilizzando un cablaggio fisico. Ciò rende difficile per gli estranei accedere ai dati di rete o dirottare la larghezza di banda verso dispositivi non autorizzati.

Il protocollo Ethernet è stato rilasciato nel 1980. Nel 1982, l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha standardizzato il formato, quindi tutti i dispositivi di rete e di computer da quel momento avrebbero utilizzato le stesse porte.

L'IEEE ha, inoltre, redatto una guida scritta degli standard Ethernet e lavora costantemente per migliorare queste convenzioni man mano che la tecnologia avanza.

Tutti i produttori di cavi per il collegamento Ethernet devono aderire a questi severi regolamenti al fine di garantire qualità e sicurezza.

Rete LAN e Ethernet
Esempio di Rete Lan ed Ethernet - Credits: Ionos.it

Qual è la differenza tra Ethernet e Lan?

Una rete LAN (Local Area Network) è in grado di estendersi solamente fino a qualche chilometro. Si tratta di una rete broadcast che può garantire velocità di 10, 100 o 1000 Mbps.

Cosa significa rete broadcast? Tramite questa tipologia di rete un pacchetto di dati viene trasmesso da un punto a tutti gli altri utenti connessi alla stessa rete.

Ethernet fa, invece, riferimento alla tecnologia e al protocollo che viene utilizzato per la comunicazione tra i dispositivi all'interno di una stessa rete LAN.

Nel tempo, esso ha sostituito altre tecnologie per reti LAN cablate (quali ARCnet, FDDI, Token ring).

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Che differenza c'è tra cavo LAN e cavo Ethernet? Non vi è alcuna differenza in quanto i due termini vengono utilizzati per riferirsi alla stessa tipologia di cablatura.

Perché si usa Ethernet?

Ethernet viene utilizzato per connettere dispositivi all'interno di una rete locale ed è ancora oggi una delle forme di connessione più utilizzate.

Per le reti locali presenti all'interno di organizzazioni specifiche, come uffici aziendali, campus scolastici e ospedali, viene impiegato il protocollo Ethernet per la sua alta velocità, sicurezza e affidabilità.

computer

Tale standard inizialmente divenne popolare grazie al suo prezzo economico rispetto alla tecnologia concorrente dell'epoca, come il token ring di IBM.

Con l'avanzare della tecnologia, la capacità di Ethernet di evolversi e fornire livelli di prestazioni più elevati ne ha assicurato una popolarità costante. Durante la sua evoluzione, il protocollo ha anche mantenuto la compatibilità con le versioni precedenti. Ethernet, quindi, è retrocompatibile.

Il throughput originale di 10 Megabit al secondo di questo standard è aumentato di dieci volte fino a raggiungere 100 Megabit al secondo a metà degli anni '90.

Che cos'è il throughput? Il throughput è la quantità di informazioni effettivamente distribuite in un determinato periodo di tempo. Quindi, se la larghezza di banda è la quantità massima di dati trasmissibile, il throughput è la quantità effettiva di dati che arriva a destinazione, tenendo conto della latenza, della velocità della rete, della perdita di pacchetti e di altri fattori.

L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha continuato a fornire prestazioni migliorate con successivi aggiornamenti. Le versioni attuali di Ethernet possono supportare operazioni fino a 400 Gigabit al secondo (Gbps).

Vantaggi e Svantaggi di Ethernet

Ethernet fornisce molti vantaggi per gli utenti, motivo per cui è diventato così popolare. Tuttavia, ci sono anche alcuni aspetti negativi. Vediamoli nel dettaglio all'interno della seguente tabella:

Vantaggi e Svantaggi del Protocollo Ethernet
Vantaggi Svantaggi
  • Costo relativamente basso
  • Retrocompatibilità
  • Generalmente resistente al rumore
  • Buona qualità di trasferimento dei dati
  • Velocità
  • Affidabilità
  • Sicurezza dei dati, poiché possono essere utilizzati firewall comuni
  • Destinato a reti piccole e a brevi distanze
  • Mobilità ridotta
  • L'uso di cavi più lunghi può creare diafonia
  • Non funziona bene con applicazioni in tempo reale o interattive
  • Le velocità diminuiscono con l'aumento del traffico
  • La risoluzione dei problemi è difficile quando si tenta di tracciare quale cavo o nodo specifico sta causando il problema

Differenze tra Connessioni Ethernet e Wi-Fi

Il Wi-Fi è il tipo di connessione di rete oggi più popolare. A differenza dei tipi di connessione cablata, come Ethernet, non richiede il collegamento di un cavo fisico. Invece, i dati vengono trasmessi tramite segnali wireless.

Mettiamo a confronto nella seguente tabelle la tecnologia Ethernet con quella Wi-Fi:

Ethernet e Wi-Fi a confronto
Connessione Ethernet Connessione Wi-Fi
  • Trasmette i dati tramite l'impiego di un cavo tra router e dispositivo
  • Maggiore velocità, affidabilità e sicurezza rispetto al Wi-Fi
  • Velocità costante
  • Non è richiesta la crittografia dei dati
  • Latenza inferiore
  • Processo di installazione più complesso
  • Trasmette i dati tramite segnali wireless anziché tramite un cavo fisico
  • Migliore mobilità, in quanto non sono necessari cavi
  • Non veloce, affidabile o sicuro come Ethernet
  • Più conveniente: gli utenti possono connettersi a Internet da qualsiasi luogo
  • Velocità incoerente: il Wi-Fi è soggetto a interferenze di segnale
  • Richiede la crittografia dei dati
  • Latenza maggiore rispetto a Ethernet
  • Processo di installazione più semplice

Ethernet offre velocità molto più elevate rispetto alla connessione wireless. Infatti, è possibile raggiungere circa 10 Gbps con cavi Ethernet senza troppi problemi, mentre il Wi-Fi si aggira intorno a soli 1000 Mbps.

Ethernet

Per le funzionalità di base, come l'utilizzo di elaboratori di testi o il controllo delle e-mail, la differenza di velocità non si nota molto. Tuttavia, quando devi fare uso di applicazioni che includono video o il download/upload di grandi quantità di dati, è preferibile utilizzare una connessione tramite cavo Ethernet.

Naturalmente, i cavi Ethernet permettono una flessibilità inferiore rispetto ai segnali Wi-Fi in quanto sei vincolato alla lunghezza del cavo. Potresti non essere in grado di organizzare una scrivania o un posto di lavoro esattamente come lo desideri poiché potresti avere la necessità di aggiungere ulteriori cavi.

Il Wi-Fi è suscettibile alle interferenze esterne, che possono interrompere le tue attività quando esse si verificano. Le interferenze possono essere frequenti o casuali e provocare momenti di disconnessione o estrema lentezza.

Le onde radio provenienti da dispositivi vicini, oggetti tangibili e pareti a volte possono bloccare il segnale wireless.

Wi-fi

Con Ethernet, invece, hai la certezza che la tua connessione di rete rimarrà stabile fintanto che il cavo sarà funzionante e collegato al tuo dispositivo. Se ti trovi in un'area in cui le reti vicine sono numerose o le barriere indeboliscono il Wi-Fi, Ethernet potrebbe essere una scelta migliore.

Bisogna, però, prestare attenzione all'usura e alla rottura dei cavi Ethernet: ogni cavo viene avvolto in una guaina protettiva come protezione dai rischi che danneggerebbero i cavi interni e ne comprometterebbero il funzionamento. Tuttavia, se la guaina si strappa e i fili vengono esposti, essi possono smettere rapidamente di funzionare.

Condizioni comuni come sbalzi di temperatura e fuoriuscite di liquidi possono danneggiarli. Inoltre, i cavi Ethernet possono rompersi semplicemente a causa della forza fisica.

Come Funziona il Protocollo di Rete Ethernet?

IEEE specifica, nella famiglia di standard denominata IEEE 802.3, che il protocollo Ethernet interessa sia il livello 1 (livello fisico) che il livello 2 (livello collegamento dati) sul modello OSI (Open Systems Interconnection).

Connessione Ethernet

Ethernet definisce due unità di trasmissione: pacchetto e frame.

Il frame include il carico utile dei dati trasmessi e quanto segue:

  • gli indirizzi fisici MAC (Fisic Media Access Control) sia del mittente che del destinatario;
  • il tagging ‒ una sorta di "etichettatura" ‒ della LAN virtuale VLAN e informazioni sulla qualità del servizio (QoS);
  • le informazioni sulla correzione degli errori per rilevare i problemi di trasmissione.

Ogni frame è racchiuso in un pacchetto che contiene diversi byte di informazioni per stabilire la connessione e contrassegnare dove inizia il carico utile.

I dispositivi che supportano il protocollo Ethernet sono costituiti da computer, stampanti o qualsiasi dispositivo dotato di una scheda di interfaccia di rete interna o esterna basata su USB o PCI.

Switch e Router fungono da "direttori della rete" e collegano più computer o addirittura reti tra loro per consentire la comunicazione tra tutti i diversi dispositivi.

Gateway e Bridge vengono utilizzati per connettere più reti Ethernet insieme e consentire la comunicazione tra di esse:

  • il Gateway collega tra loro due reti "dissimili";
  • il Bridge collega due reti "simili" insieme in modo da vedere solo una rete.

Il livello di collegamento dati può essere suddiviso in due sezioni:

  • il controllo del collegamento logico (LLC);
  • il controllo di accesso ai media (MAC).

Il "Logical Link Control" stabilisce percorsi per la trasmissione di dati su Ethernet tra i dispositivi.

Il "Media Access Control" utilizza indirizzi hardware assegnati alle schede di interfaccia di rete (NIC) per identificare un computer o dispositivo specifico al fine di mostrare l'origine e la destinazione delle trasmissioni di dati.

cavo Ethernet

Ethernet trasmette pacchetti di informazioni, in questo livello di collegamento dati, utilizzando un algoritmo chiamato CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

CSMA/CD viene utilizzato come standard per Ethernet per ridurre le collisioni di dati e aumentare il successo della loro trasmissione.

L'algoritmo prima controlla se c'è traffico sulla rete. Se non ne trova, invierà il primo bit di informazioni per vedere se si verificherà una collisione o meno.

Se questo primo bit ha esito positivo, invierà gli altri bit mentre continuerà a verificare attivamente l'occorrenza di eventuali collisioni.

Se si presenta una collisione, l'algoritmo calcola un tempo di attesa e quindi riavvia il processo fino al completamento della trasmissione.

Quali Tipologie di Cavo Ethernet esistono?

Il gruppo di lavoro IEEE 802.3 ha approvato il primo standard Ethernet nel 1983. Da allora, la tecnologia ha continuato ad evolversi e ad abbracciare nuove evoluzioni, velocità di trasmissione più elevate e cambiamenti nel contenuto dei frame.

Di seguito sono riportate alcune delle modifiche più importanti avvenute nel corso del tempo:

  • 802.3ac è stato introdotto per ospitare VLAN e tag di priorità.
  • 802.3af definisce Power over Ethernet (PoE), che è fondamentale per la maggior parte delle implementazioni di telefonia Wi-Fi e IP (Internet Protocol).
  • 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac e 802.11ax definiscono l'equivalente di Ethernet per le WLAN.
  • 802.3u ha inaugurato 100BASE-T, noto anche come Fast Ethernet, con velocità di trasmissione dati fino a 100 Mbps. Il termine BASE-T indica l'uso del cablaggio a doppino intrecciato.
  • Gigabit Ethernet vanta velocità di 1.000 Mbps -- 1 Gigabit o 1 miliardo di bit al secondo (bps) -- 10 GbE, fino a 10 Gbps e così via.

I cavi di rete Ethernet sono suddivisi in categorie basate principalmente sulla larghezza di banda (misurata in MHz), velocità dati massima (misurata in megabit al secondo) e schermatura. La sigla "Cat" posta su un cavo Ethernet è l'abbreviazione di "Categoria".

Versioni cavo Ethernet
Versioni cavi Ethernet - Credits: Wizblog.it

Cat1

Per un certo periodo, questo cavo a doppino intrecciato (UTP) non schermato era la forma più comune di cablaggio per i sistemi telefonici vocali nelle case e negli uffici. Consisteva in due fili di rame isolati intrecciati l'uno sull'altro ed era progettato per comunicazioni vocali analogiche.

Cat2

Il cablaggio di categoria 2 era in grado di effettuare comunicazioni voce e dati ed è stato utilizzato principalmente negli anni '80 per le reti IBM Token Ring. Supportava una velocità di trasmissione dati di 4 Mbps.

Cat3

Introdotto all'inizio degli anni '90, il cablaggio di categoria 3 aveva quattro doppini intrecciati ed è stato il primo a supportare reti Ethernet 10BaseT e comunicazioni vocali digitali. Si trova ancora negli edifici più vecchi, ma la sua velocità di trasmissione dati di 10 Mbps è considerata troppo lenta per le moderne reti.

Cat4

Come la Cat3, il cavo di categoria 4 si trova in genere negli edifici più vecchi dove il costo della sostituzione completa è proibitivo. Aveva una velocità di trasmissione dati di 16 Mbps ed era utilizzato principalmente per le reti IBM Token Ring.

Cat5

Cavi Cat5
Cavi Cat5 - Credits: Cavel.it

Introdotto nel 1995, il cavo di categoria 5 ha una velocità di trasmissione dati fino a 100 Mbps. Viene utilizzato per reti standard 10BaseT e 100BaseT (Fast Ethernet) e può distribuire segnali dati, video e telefonici a distanze fino a 100 metri (328 piedi).

Cat5e non è una designazione ufficiale, ma viene utilizzata dai produttori per descrivere un cavo Cat5 avanzato in grado di raggiungere velocità fino a 1 Gbps.

La sua maggiore velocità di trasmissione dati si ottiene aumentando il numero di torsioni, rendendolo più resistente alla diafonia. Cat5e è consigliato per le nuove installazioni di rete sub-Gigabit.

Cat6

Cavi Cat6
Cavi Cat6 - Credits: Cavel.it

Rispetto a Cat5e, il cavo Cat6 offre una maggiore larghezza di banda e velocità di trasferimento dati fino a 1 Gbps su 100 m, la stessa di Cat5e. Tuttavia, a distanze più brevi fino a 37 m (121 piedi), Cat6 è in grado di raggiungere velocità di 10 Gbps grazie alla sua schermatura migliorata e alla maggiore larghezza di banda.

Cat6 include un separatore fisico chiamato "spline" tra le quattro coppie per ridurre la diafonia e la schermatura a lamina per ridurre le interferenze elettromagnetiche.

Il cablaggio Cat6 è retrocompatibile con lo standard Cat5/5e. Introdotto nel 2009, Cat6a è un cavo di categoria 6 "potenziato" con una larghezza di banda fino a 500 MHz.

Cat7

Cavi Cat7
Cavi Cat7 - Credits: Cavel.it

La specifica Cat7 è uno standard proprietario sviluppato da un consorzio di aziende e non è approvato da IEEE o TIA/EIA. Sebbene sostanzialmente simili alle caratteristiche prestazionali di Cat6a, i cavi Cat7 sono dotati di connettori GG45 proprietari e di una robusta schermatura.

Cat7a (Category 7 Augmented) è un ulteriore perfezionamento di Cat7, in grado di raggiungere velocità di 40 Gigabit oltre i 50 metri e 100 Gbps fino a 15 metri.

La natura proprietaria degli standard Cat7 e Cat7a e la mancanza di supporto da IEEE ed EIA ha portato a un'installazione relativamente piccola basata su Cat7/Cat7a.

Cat8

Con una larghezza di banda fino a 2 GHz (2000 MHz) su 30 metri e una velocità dati fino a 40 Gbps, il cavo Cat8 è ideale per le comunicazioni switch-to-switch in una rete 25GBase T o 40GBase T.

I suoi conduttori sono avvolti in un foglio per eliminare virtualmente il crosstalk (la diafonia) e consentire velocità di trasmissione dati più elevate. Il risultato è un cavo di calibro più pesante che è piuttosto rigido e può essere difficile da installare in spazi ristretti.

Utilizza ancora connettori RJ45 ed è retrocompatibile con gli standard precedenti.

Categorie di Cavi Ethernet
Categoria Velocità di Trasmissione Massima Larghezza di Banda Distanza Massima Utilizzo
Categoria 1 1 Mbps 0.4 MHz - Linee telefoniche e modem
Categoria 2 3 Mbps 4 MHz - Telefono
Categoria 3 10 Mbps 16 MHz 100 m Ethernet 10BaseT
Categoria 4 16 Mbps 20 MHz 100 m Token Ring
Categoria 5 100 Mbps 100 MHz 100 m Ethernet 100BaseT
Categoria 5e 1 Gbps 100 MHz 100 m Ethernet 100BaseT, case residenziali
Categoria 6 1 Gbps 250 MHz 100 m Gigabit Ethernet, edifici commerciali
Categoria 6a 10 Gbps 500 MHz 100 m Gigabit Ethernet nei data center e negli edifici commerciali
Categoria 7 10 Gbps 600 MHz 100 m Infrastruttura principale a 10 Gbps
Categoria 7a 10 Gbps 1000 MHz 100 m Infrastruttura principale a 10 Gbps
Categoria 8 25 Gbps (Cat8.1)
40 Gbps (Cat8.2)
2000 MHz 30 m Infrastruttura principale a 25 Gbps/40 Gbps

Che tipo di cavo Ethernet dovrei acquistare per la mia rete domestica? Se hai una connessione a Internet con una velocità di 1 Gbps o superiore, usa il cavo Cat6a. Questo ti darà un po' di margine per futuri aumenti di velocità. Per velocità inferiori a un Gigabit, invece, puoi anche optare per il cavo Cat5e: risparmierai rispetto a Cat6a e il cavo più sottile sarà più facile da installare.

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Larghezza di banda e velocità dati

La larghezza di banda o frequenza è una proprietà di un cavo e misura la velocità con cui un segnale scorre ogni secondo. 1 MHz equivale a 1 milione di cicli al secondo. Cat5 può gestire fino a 100 milioni di segnali al secondo (o 100 MHz). La categoria dei cavi con la larghezza di banda più elevata è attualmente Cat8 con 2 miliardi (2 GHz) di segnali al secondo, 20 volte più di Cat5.

Velocità dati e Larghezza di banda sono termini correlati ma non sono la stessa cosa. Le frequenze più alte portano più 1 e 0, consentendo la trasmissione di più bit di dati al secondo. I cavi Cat5 hanno una relazione uno-a-uno tra larghezza di banda e velocità dati: un cavo da 100 MHz può trasmettere 100 Mb al secondo. I cavi di categoria superiore come Cat8 codificano i dati in modo che più bit possano essere trasmessi nello stesso lasso di tempo.

La frequenza (e quindi la velocità dei dati) può essere ampliata aumentando il calibro dei fili conduttori, aggiungendo più torsioni ai conduttori o aggiungendo schermatura a ciascuna coppia di conduttori.

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Dove si collega il Cavo Ethernet: la Presa Ethernet RJ45

Ethernet utilizza la presa RJ45 per il collegamento dei cavi. La sigla sta per Registered Jack tipo 45.

Si tratta di un'interfaccia fisica usata per la composizione di cavi elettrici a coppie di conduttori incrociati (twisted pair), destinati ai servizi telefonici e di trasmissione dati.

A cosa serve uno Switch in una Rete Ethernet?

Nella configurazione di una rete locale lo switch ha la funzione di sdoppiare il cavo Ethernet o Lan e gestire il traffico dei dati quando sono presenti più nodi collegati alla stessa rete, separando i cosiddetti domini di collisione connessi alle sue porte.

Se all'interno di una rete è presente più di un computer e la trasmissione dei dati avviene contemporaneamente, i pacchetti di dati hanno la possibilità di passare attraverso lo switch in modo sincrono senza mandare in blocco il sistema di rete.

Le Domande Frequenti su Ethernet

Che cos'è la rete Ethernet?

La rete Ethernet è composta dai dispositivi collegati all'interno di una rete locale cablata LAN o in una rete WAN, che comunicano fra di essi per mezzo dello stesso protocollo.

A cosa serve il cavetto Ethernet?

Con il cavo Ethernet colleghi il tuo pc al router e hai la certezza che la tua connessione di rete rimarrà stabile fintanto che il cavo sarà funzionante e collegato al tuo dispositivo, superando gli ostacoli che di solito indeboliscono il segnale WiFi.

Come collegare un iPhone con cavo Ethernet?

Ti sarà sufficiente prima connettere l'iPhone al computer tramite il classico cavo caricabatterie e poi collegare il tuo pc con il cavo Ethernet direttamente al router di casa, disattivando la connessione mobile del cellulare.

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