Ethernet

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Ethernet è di fatto l'unico standard utilizzato nelle reti locali. In questa pagina è descritto unicamente il livello fisico in riferimento alle tecnologie attualmente utilizzate.

Il cablaggio

Oggi il cablaggio è realizzato in rame oppure in fibra ottica, tecnologie caratterizzate da una diversa distanza di copertura e, solo nella fascia più alta, da diverse velocità.

Cablaggio in rame 

Il cablaggio Ethernet in rame è costituito da quattro doppini intrecciati (twisted pair) terminati da connettori di tipo RJ45.

Ciascuna coppia è costituita da due conduttori, obbligatoriamente intrecciati tra di loro allo scopo di ridurre le interferenze elettromagnetiche generate e ricevute. Possono essere inoltre presenti diverse particolarità costruttive che determinano alcune caratteristiche del cavo:

Di seguito alcuni esempi di cavi di rete:

UTP

UTP con separatore a X

 S/STP

Ovviamente la presenza di elementi aggiuntivi rende i cavi più rigidi e più pesanti (ed anche più costosi).

I colori mostrati sono quelli standard e ciascuna coppia è caratterizzata da un colore pieno (blu, marrone, verde e arancio) ed uno con una striscia bianca alternata allo stesso colore.

Connettore RG45

Il connettore universale è indicato come RJ45 ed uno dei tre possibili cablaggi è indicato nella nella figura precedente.

Le categorie

Nel tempo alcune caratteristiche elettriche richieste ai cavi sono cambiate, altre sono rimaste invariate. In particolare:

In modo sintetico i vari tipo sono indicati con una sigla. Le più utilizzate oggi sono:

In genere numeri maggiori indicano migliori caratteristiche, ma garantiscono la piena compatibilità all'indietro: per esempio un cavo CAT8 è utilizzabile per un collegamento a 1 Gbit/s anche se non porta alcun tipo di vantaggio.

Il passato remoto

Le prime installazioni ethernet a grande diffusione erano caratterizzate dalla velocità di 10 Mbit/s e da una codifica di linea di tipo Manchester.

Oggi questo tipo di connessione è considerato obsoleto e praticamente non più utilizzato sebbene sia formalmente supportato dalla maggior parte delle interfacce di rete dei PC e degli switch.

Il passato

Le connessioni di tipo Fast Ethernet a 100 Mb/s sono tecnologicamente superate, ma ancora presenti di dispositivi progettati anche non molti anni fa; esempi tipici sono alcune stampanti di rete, il Raspberry Pi fino alla versione 3, alcuni Access Point. Sono invece state sostituite da versioni più moderne in praticamente tutti i PC realizzati perlomeno negli ultimi cinque anni.

Il cavo da utilizzare deve essere almeno CAT5. Di esso vengono sfruttate solo due coppie, una per trasmettere ed una per ricevere, garantendo una comunicazione full-duplex (nota 2).

La codifica di linea è a tre livelli (-1 V, 0 V e +1 V) di tipo MLT-3, al fine di ridurre la banda occupata:

MLT-3 (fonte: wikipedia)

La durata di ciascun bit è 8 ns, ma la velocità di trasmissione è esattamente 100 Mbit/s in quanto 4 bit sono codificati con 5 simboli. Questa tecnica è indicata come 4B5B e permette di trasmettere caratteri di controllo ed identificare errori di trasmissione in quanto alcune transizioni non sono valide.

Il presente delle workstation

Attualmente tutti i PC di uso generale adottano come minimo una connessione di rete Gigabit Ethernet (1000BASE-T o IEEE 802.3ab, nota 4); come indica il nome, la velocità di trasmissione è esattamente 1 Gbit/s.

Il cavo da utilizzare deve essere come minimo un CAT5e.

Sono introdotte alcune tecniche di trasmissione, poi utilizzate per permettere un ulteriore aumento di velocità. Vediamole in sintesi quali sono:

Il presente del datacenter

Nei server e nel collegamento tra switch è oggi comune l'uso di interfacce su rame con velocità di 10 Gbit/s (10GBASE-T o IEEE 802.3an).

I cavi richiesti devono essere almeno di CAT6A, ma per distanze minori possono essere usati anche cavi di caratteristiche inferiori.

Alcune delle tecniche usate sono un'evoluzione di quanto già implementato con la 1000BASE-T. in particolare:

Alcuni dei problemi oggi associati all'uso più esteso della 10GBASE-T sono l'elevato consumo di potenza, la necessità di cavi piuttosto ingombranti ed il costo. Per questo sono stati introdotti recentemente due standard che, basandosi sulla stessa tecnologia di 10GBASE-T, permettono velocità pari ad un quarto e alla metà di 10 Gbit/s (2.5GBASE-T and 5GBASE-T).

PoE

L'uso di un cavo Ethernet per alimentare un dispositivo oltre che per trasmettere i dati è un'assoluta comodità in quanto dimezza la complessità dei collegamenti da effettuare. Questo è particolarmente vero per apparati come gli Access Point e le videocamere di sorveglianza che in genere vengono installati a soffitto o in altri luoghi poco accessibili.

Lo standard di riferimento per il Power over Ethernet è IEEE 802.3af, ma esistono decine di implementazioni non standard e non compatibili tra di loro. Esso permette di fornire una tensione continua di 48 V e fino a 15 W (nota 7) usando gli stessi doppini che trasmettono il segnale a 1Gbit/s.

Normalmente è richiesto l'uso di switch PoE oppure di "iniettori", oltre ovviamente a dispositivi adatti ad utilizzare questa tecnologia. Non cambia invece nulla per quanto riguarda il cablaggio.

Fibra ottica

I motivi dell'adozione della fibra in una LAN sono:

L'ostacolo ad una diffusione più ampia è oggi essenzialmente dovuto alla fragilità della fibra che la rende di fatto idonea solo al collegamento di apparati all'interno di armadi rack e quindi fissi.

Connettori

All'interno di una rete locale il collegamento in fibra normalmente utilizza oggi moduli SFP (1 Gbit/s) oppure SFP+ (10 Gbit/s e oltre) inseriti nello switch o nella scheda di rete dei server.

Le immagini seguenti mostrano un modulo SFP+ da 10 Gbit/s e lo stesso inserito all'interno di uno switch.

SFP+ da 10 Gbit/s

Modulo SFP inserito in uno switch

Il connettore corrispondente è indicato con la sigla LC o anche LC/UPC ed è caratterizzato dall'essere doppio, ossia collegato a due fibre, una usata in trasmissione ed una in ricezione.

Connettore SC

Pur appartenendo alla precedente generazione, sono ancora reperibili moduli GBIC, grandi circa il doppio degli SFP (non per nulla a volte indicati come mini-GBIC). Il connettore ad esso associato è indicato come SC o anche SC/APC:

GBUC e connettori SC

in realtà le varietà di connettori sono MOLTO più numerose e tutte tra di loro incompatibili...

La fibra

Nelle reti locali sono utilizzate soprattutto fibre multi-modali (MM, Multi Mode), anche se non mancano casi in cui è necessario ricorrere a fibre mono-modali (SM, Single Mode). Esse sono identificate da una sigla e da un colori; di seguito alcuni esempi:

Note

  1. In genere per velocità superiori a 10 Gbit/s si preferiscono connessioni in fibra
  2. Le rimanenti due coppie erano formalmente previste per due linee telefoniche, ma utilizzate anche per usi non standard come una seconda connessione oppure per fornire alimentazione
  3. La nomenclatura è spesso confusa...
  4. In realtà furono introdotte diverse tecnologie Gigabit Ethernet, ma questa è di fatto l'unica oggi utilizzata
  5. La FEC funziona in modo analogo a quello di una lingua "umana" che ci permette di interpretare correttamente frasi come "Domeni vado al more" andando in avanti, cioè senza dover tornare indietro e richiedere la ritrasmissione delle parti errate.
  6. In realtà è usata una codifica "bidimensionale" tra due gruppi di quattro bit ciascuno con 128 livelli
  7. Esistono standard successivi indicati come PoE+ e PoE++ che aumentano tali valori


Pagina creata nell'aprile 2021
Ultima modifica: 15 aprile 2021


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