Definizione di Ethernet - Che cos'è Ethernet?

Ethernet è una tecnologia ampiamente utilizzata per reti locali (LAN). Fornisce un modo standard per connettere computer e altri dispositivi all'interno di un'area limitata, consentendo loro di comunicare tra loro.

Che cos'è Ethernet?

Ethernet è una tecnologia di rete utilizzata principalmente per le reti locali (LAN), che consente ai dispositivi di comunicare tra loro attraverso un protocollo standardizzato. È stato sviluppato negli anni '1970 presso Xerox PARC e da allora si è evoluto nella tecnologia di rete cablata più comune.

Ethernet funziona trasmettendo pacchetti di dati su un supporto fisico, in genere utilizzando cavi a doppino intrecciato, cavi coassiali o cavi in fibra ottica. Li usa entrambi hardware componenti, come schede di interfaccia di rete (NIC) e switch, e protocolli software per gestire il flusso di dati, garantendo una comunicazione affidabile e ordinata tra i dispositivi.

Il protocollo Ethernet definisce un insieme di regole per la formattazione, l'indirizzamento e la trasmissione dei dati. Ai dispositivi su una rete Ethernet vengono assegnati indirizzi MAC (Media Access Control) univoci, che aiutano a identificare l'origine e la destinazione dei pacchetti di dati. Le reti Ethernet sono generalmente organizzate in una topologia a stella o a bus, in cui i dispositivi sono collegati a uno switch o hub centrale, consentendo un efficiente instradamento dei dati e una gestione delle collisioni.

Nel corso degli anni, Ethernet ha visto progressi significativi in termini di velocità e prestazioni, con velocità dati standard in aumento rispetto alle 10 originali Mbps fino a 100 Mbps (Fast Ethernet), 1 Gbps (Gigabit Ethernet) e fino a 100 Gbps e oltre per applicazioni ad alte prestazioni.

Una breve storia di Ethernet

Ethernet è stata concepita all'inizio degli anni '1970 allo Xerox PARC (Palo Alto Research Center) da Robert Metcalfe e dal suo team. Miravano a creare un sistema di rete in grado di connettere i computer su brevi distanze all'interno di un edificio.

Nel 1973, Metcalfe e il suo team dimostrarono con successo Ethernet, inizialmente in grado di trasmettere dati a 2.94 Mbps su cavo coassiale. Questa innovazione ha gettato le basi per un approccio standardizzato alle reti locali, portando alla pubblicazione della prima specifica Ethernet nel 1980. L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha formalizzato lo standard come IEEE 802.3 nel 1983, consolidando ulteriormente il ruolo di Ethernet. nel panorama delle reti.

Nel corso degli anni '1980 e '1990, Ethernet si è evoluta rapidamente, adattandosi alle crescenti richieste di velocità di trasferimento dati più elevate e di gestione della rete più efficiente. L'introduzione di cavi e interruttori a doppino intrecciato ha sostituito i cavi coassiali originali, migliorando l'affidabilità e la scalabilità della rete.

Fast Ethernet, introdotto a metà degli anni '1990, ha aumentato la velocità di trasferimento dati a 100 Mbps, seguito da Gigabit Ethernet alla fine degli anni '1990, che ha spinto la velocità a 1 Gbps. Con il progresso della tecnologia, Ethernet ha continuato ad espandere le sue capacità, supportando velocità di 10 Gbps, 40 Gbps e persino 100 Gbps, rendendola una pietra miliare sia delle reti consumer che aziendali.

Le robuste prestazioni, il rapporto costo-efficacia e l'adattabilità di Ethernet ne hanno assicurato il dominio come tecnologia preferita per le LAN cablate, influenzando la progettazione e l'implementazione delle moderne infrastrutture di rete.

Componenti della connessione Ethernet

Le reti Ethernet sono costituite da diversi componenti chiave che lavorano insieme per consentire la comunicazione dei dati. Questi componenti includono:

Scheda di interfaccia di rete (NIC). La scheda NIC, nota anche come scheda di rete, è un componente hardware installato in un computer o altro dispositivo che si connette alla rete Ethernet. Fornisce l'interfaccia fisica affinché il dispositivo possa connettersi al cavo di rete e gestisce la conversione dei dati in segnali elettrici per la trasmissione e viceversa. Ogni NIC ha un file unico Indirizzo MAC che identifica il dispositivo sulla rete.
Cavi Ethernet. Questi sono i supporti fisici che trasportano i segnali di dati tra i dispositivi sulla rete. I tipi più comuni sono i cavi a doppino intrecciato (come Cat5e, Cat6 e Cat6a), utilizzati per la maggior parte delle connessioni di rete locale. I cavi coassiali e i cavi in fibra ottica vengono utilizzati anche quando sono necessarie distanze maggiori o velocità di trasmissione dati più elevate.
Interruttore. Uno switch è un dispositivo di rete centrale che collega più dispositivi su una rete Ethernet, consentendo loro di comunicare tra loro. Riceve i pacchetti di dati in entrata e li inoltra al dispositivo di destinazione appropriato in base agli indirizzi MAC. Gli switch migliorano le prestazioni della rete riducendo le collisioni e aumentando la disponibilità larghezza di banda per ogni dispositivo.
Router. Un router collega più reti insieme e dirige i pacchetti di dati tra di loro. In una rete Ethernet, un router tipicamente collega la rete locale a Internet, gestendo il traffico tra le reti interne ed esterne. Assegna Gli indirizzi IP ai dispositivi sulla rete e utilizza tabelle di routing per determinare il percorso migliore per i pacchetti di dati.
Ripetitore. Un ripetitore è un dispositivo che amplifica e rigenera i segnali in una rete Ethernet per estendere la distanza su cui possono viaggiare i dati. Viene utilizzato in situazioni in cui la lunghezza del cavo supera il limite massimo per una trasmissione affidabile del segnale. I ripetitori aiutano a mantenere l'integrità del segnale e a prevenire la perdita di dati su lunghe distanze.
Centro. Un hub è un dispositivo di rete di base che collega più dispositivi Ethernet, facendoli funzionare come un singolo segmento di rete. A differenza di uno switch, un hub trasmette i pacchetti di dati in entrata a tutti i dispositivi collegati, il che può portare a collisioni di rete e prestazioni ridotte. Gli hub sono in gran parte obsoleti e sono stati sostituiti da switch più efficienti.
Punto di accesso. Nelle reti Ethernet wireless (Wi-Fi), un punto di accesso funge da trasmettitore e ricevitore centrale di segnali wireless. Si collega alla rete Ethernet cablata e consente ai dispositivi wireless di comunicare con la rete. I punti di accesso gestiscono il traffico dati tra i client wireless e l'infrastruttura di rete cablata.
Pannello patch. Un pannello patch è un gruppo hardware montato che contiene più porte di rete. Fornisce un punto centrale per il collegamento e l'organizzazione dei cavi di rete. I pannelli patch semplificano la gestione e la risoluzione dei problemi della rete consentendo flexconnessioni e riconfigurazioni di cavi flessibili.

Come funziona Ethernet?

Ethernet funziona attraverso una serie di passaggi che facilitano la trasmissione dei dati tra dispositivi su una rete locale (LAN). Ecco una spiegazione dettagliata di come funziona Ethernet:

Creazione e confezionamento dei dati. Quando un dispositivo (come un computer o una stampante) desidera inviare dati, prima crea i dati e li impacchetta in unità più piccole chiamate frame. Ogni frame Ethernet contiene diverse parti: un preambolo (per la sincronizzazione), gli indirizzi MAC di destinazione e di origine, il carico utile dei dati e una sequenza di controllo del frame (FCS) per il rilevamento degli errori.
Trasmissione NIC. La scheda di interfaccia di rete (NIC) del dispositivo prende il frame Ethernet e lo converte in segnali elettrici (per cavi in rame) o segnali luminosi (per cavi in fibra ottica). Questi segnali vengono quindi inviati sul cavo di rete.
Propagazione del segnale. I segnali viaggiano attraverso i cavi Ethernet fino allo switch di rete. Cavi come Cat5e, Cat6 e Cat6a sono comunemente usati per le connessioni a doppino intrecciato.
Cambia elaborazione. Il frame Ethernet arriva allo switch, che legge l'indirizzo MAC di destinazione. Lo switch dispone di una tabella di indirizzi MAC che utilizza per determinare la porta appropriata per inoltrare il frame. Ciò garantisce che il frame venga inviato solo al dispositivo destinatario previsto, anziché essere trasmesso a tutti i dispositivi (cosa che accadrebbe in un hub).
Inoltro frame. Lo switch invia il frame Ethernet attraverso la porta appropriata verso la sua destinazione. Se il dispositivo di destinazione è collegato a uno switch diverso, il frame può essere inoltrato attraverso diversi switch fino a raggiungere l'ultimo switch collegato al dispositivo di destinazione.
ricezione della scheda di rete. La scheda NIC del dispositivo di destinazione riceve i segnali in ingresso e li riconverte nel frame Ethernet originale. La scheda NIC verifica la presenza di errori nel frame utilizzando la sequenza di controllo del frame (FCS). Se il frame è privo di errori, la scheda NIC estrae il payload dei dati.
Elaborazione dati. I dati estratti vengono quindi passati al dispositivo sistema operativo e software applicativo per l'ulteriore elaborazione. Se sono presenti errori nel frame, la scheda NIC può richiedere una ritrasmissione dei dati.
Riconoscimento e risposta. A seconda del protocollo di comunicazione in uso (ad es. TCP/IP), il dispositivo ricevente può inviare una conferma al mittente, indicando che i dati sono stati ricevuti correttamente. Se la trasmissione dei dati richiede una risposta (ad esempio, una richiesta di informazioni), il processo si ripete, con i ruoli di mittente e destinatario invertiti.

Durante questo processo, Ethernet utilizza Carrier Sense Multiple Access con Collision Detection (CSMA/CD) per gestire il modo in cui i dispositivi condividono il mezzo di rete. Quando i dispositivi vogliono trasmettere dati, ascoltano la rete per verificare se è libera (senso della portante). Se la rete è occupata, aspettano. Se due dispositivi trasmettono simultaneamente, causando una collisione, si fermano, aspettano un periodo casuale e riprovano (rilevamento collisione e backoff).

Tipi di Ethernet

La tecnologia Ethernet si è evoluta in modo significativo sin dal suo inizio, dando vita a vari tipi che soddisfano esigenze e ambienti di rete diversi. Ciascun tipo di Ethernet offre vantaggi distinti in termini di velocità, mezzo e applicazione, rendendolo adatto a scenari specifici.

Ethernet standard (10BASE-T)

Lo standard Ethernet, noto anche come 10BASE-T, è stato uno dei primi standard Ethernet ampiamente adottati. Funziona a una velocità di 10 Mbps su cavi a doppino intrecciato, in genere Cat3 o superiore. Questo tipo di Ethernet viene utilizzato nelle configurazioni LAN di base e fornisce comunicazioni affidabili per reti di piccole dimensioni con esigenze di trasferimento dati moderate. Sebbene oggi sia in gran parte obsoleto, ha gettato le basi per standard Ethernet più avanzati.

Ethernet veloce (100BASE-TX)

Fast Ethernet, o 100BASE-TX, ha aumentato significativamente la velocità di trasferimento dati a 100 Mbps utilizzando ancora cavi a doppino intrecciato, solitamente Cat5 o Cat5e. Questo miglioramento ha consentito una maggiore rapidità trasmissione dati e supportava applicazioni più impegnative come file multimediali e trasferimenti di file di grandi dimensioni. Fast Ethernet è stata una scelta popolare per le reti aziendali ed educative durante la fine degli anni '1990 e l'inizio degli anni 2000.

Gigabit-Ethernet (1000BASE-T)

Gigabit Ethernet, noto come 1000BASE-T, ha ulteriormente migliorato la velocità fino a 1 Gbps, utilizzando cavi Cat5e o Cat6. Questo tipo di Ethernet è comune nelle reti moderne e offre connettività ad alta velocità adatta per applicazioni ad uso intensivo di dati come streaming video, cloud informaticae condivisione di file su larga scala. Gigabit Ethernet è ampiamente utilizzato sia in ambienti residenziali che aziendali per il suo equilibrio tra velocità e convenienza.

10 Gigabit-Ethernet (10GBASE-T)

10 Gigabit Ethernet, o 10GBASE-T, estende la velocità Ethernet a 10 Gbps, utilizzando cavi Cat6a o di categoria superiore e talvolta cavi in fibra ottica per distanze maggiori. Questo tipo di Ethernet è progettato per reti ad alte prestazioni, incluse data centere grandi aziende, dove un'enorme velocità di trasmissione dei dati e una bassa latenza sono fondamentali. Supporta applicazioni avanzate come virtualizzazione, analisi dei big data e videoconferenze ad alta definizione.

40 Gigabit e 100 Gigabit Ethernet (40GBASE e 100GBASE)

Poiché la necessità di velocità continuava a crescere, sono stati sviluppati gli standard 40 Gigabit e 100 Gigabit Ethernet, principalmente per backbone e data center applicazioni. Questi tipi utilizzano cavi in fibra ottica ad alte prestazioni e sono progettati per gestire volumi di dati estremamente elevati, supportando infrastrutture critiche e progetti su larga scala cloud Servizi. Forniscono il necessario larghezza di banda per ambienti che richiedono elaborazione e trasmissione dati ultraveloci.

Power over Ethernet (PoE)

Power over Ethernet (PoE) è una tecnologia che consente ai cavi Ethernet di trasmettere sia dati che energia elettrica a dispositivi come telecamere IP, punti di accesso wireless e telefoni VoIP. PoE semplifica l'installazione e riduce la necessità di prese di corrente e cavi aggiuntivi, rendendolo ideale per l'implementazione di dispositivi in rete in luoghi senza facile accesso all'alimentazione. Esistono diversi standard PoE (ad esempio PoE, PoE+ e PoE++) che forniscono diversi livelli di alimentazione per soddisfare i diversi requisiti dei dispositivi.

Casi d'uso di Ethernet

Ethernet è diventata la spina dorsale di molte infrastrutture di rete grazie alla sua affidabilità, scalabilità e convenienza. Supporta un'ampia gamma di casi d'uso in diversi ambienti e settori. Ecco alcuni dei principali casi d'uso di Ethernet:

Reti locali (LAN): Ethernet viene comunemente utilizzata nelle LAN per collegare computer, stampanti e altri dispositivi all'interno di un'unica posizione, ad esempio un edificio per uffici o una casa. Consente il trasferimento dati ad alta velocità, la condivisione delle risorse e la comunicazione efficiente tra i dispositivi.
Data centers: In data centerCosì, Ethernet viene utilizzata per l'interconnessione servers, sistemi di storage e apparecchiature di rete. Le sue capacità ad alta velocità, in particolare con Gigabit e 10 Gigabit Ethernet, assicurano un rapido trasferimento dei dati e una bassa latenza, fattori critici per la gestione di grandi volumi di dati e il supporto cloud servizi.
Reti aziendali. Le grandi organizzazioni utilizzano Ethernet per creare reti robuste e scalabili che collegano più dipartimenti, piani o persino edifici. Ethernet supporta l'elevata larghezza di banda e l'affidabilità necessarie per le applicazioni aziendali, tra cui VoIP, videoconferenze e trasferimenti di file di grandi dimensioni.
Provider di servizi Internet (ISP). Gli ISP utilizzano Ethernet per fornire accesso Internet a banda larga a case e aziende. Ethernet su fibra ottica (Fiber Ethernet) offre connettività Internet ad alta velocità, supportando la crescente domanda di streaming, giochi online e altre attività ad alta intensità di larghezza di banda.
Automazione industriale. Negli ambienti industriali, Ethernet (in particolare Industrial Ethernet) collega controllori logici programmabili (PLC), sensori e macchinari ai sistemi di controllo centrale. Questa configurazione migliora il monitoraggio, il controllo e l'automazione dei processi di produzione.
Edifici intelligenti. Ethernet viene utilizzata nei sistemi di edifici intelligenti per integrare varie tecnologie di gestione degli edifici, come sistemi HVAC, illuminazione, sicurezza e controllo degli accessi.
Reti universitarie. Gli istituti scolastici utilizzano Ethernet per collegare aule, laboratori, uffici amministrativi e residenze studentesche.
Reti sanitarie. Ospedali e cliniche utilizzano Ethernet per connettere dispositivi medici, sistemi di monitoraggio dei pazienti e sistemi di cartelle cliniche elettroniche (EHR). Connessioni Ethernet affidabili e sicure garantiscono che i dati medici critici vengano trasmessi in modo rapido e accurato.
Dorsale delle telecomunicazioni. Le società di telecomunicazioni utilizzano Ethernet per i loro servizi dorsale di rete infrastrutture, collegamento di uffici centrali, data centerse torri cellulari. L'elevata larghezza di banda e l'affidabilità di Ethernet supportano l'intenso traffico di dati generato da servizi voce, video e dati.
Reti residenziali. Gli utenti domestici si affidano a Ethernet per creare reti cablate che collegano computer, console di gioco, smart TV e altri dispositivi. Ethernet fornisce connessioni più veloci e stabili rispetto al Wi-Fi, rendendolo ideale per attività come giochi online e streaming video HD.

Vantaggi e svantaggi di Ethernet

Quando si considera Ethernet per le soluzioni di rete, è essenziale valutarne i vantaggi e gli svantaggi. Ethernet è diventato uno standard ampiamente adottato grazie ai suoi numerosi vantaggi, come il trasferimento dati ad alta velocità, l'affidabilità e il rapporto costo-efficacia. Tuttavia, come ogni tecnologia, presenta anche alcune limitazioni e potenziali inconvenienti.

Vantaggi

Ethernet è diventata la tecnologia dominante nel networking grazie ai suoi numerosi vantaggi, che la rendono la scelta preferita per molte applicazioni. Ecco alcuni dei principali vantaggi di Ethernet:

Alta velocità. Ethernet supporta velocità di trasferimento dati elevate, con standard moderni come Gigabit Ethernet (1 Gbps), 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps) e velocità ancora più elevate. Ciò lo rende adatto per applicazioni che richiedono un rapido scambio di dati, come streaming video, trasferimenti di file di grandi dimensioni e giochi online.
Affidabilità. Le reti Ethernet sono note per la loro stabilità e prestazioni costanti. Forniscono una connessione affidabile con bassa latenza e interferenze minime, il che è fondamentale per applicazioni in tempo reale come VoIP e videoconferenze.
Scalabilità. Le reti Ethernet possono essere facilmente scalate per ospitare più dispositivi e carichi di dati più elevati. Con i progressi tecnologici, Ethernet è in grado di supportare reti sempre più grandi, dalle piccole installazioni domestiche agli ambienti aziendali più estesi.
Efficacia dei costi. Ethernet è relativamente poco costoso da implementare e mantenere. I componenti hardware, come switch, router e cavi, sono ampiamente disponibili e convenienti. Inoltre, l'adozione diffusa di Ethernet garantisce compatibilità e interoperabilità tra dispositivi di diversi produttori.
Facilità di installazione e manutenzione. La configurazione di una rete Ethernet è semplice, con una semplice installazione plug-and-play per la maggior parte dei dispositivi. Anche la manutenzione e la risoluzione dei problemi sono più semplici rispetto ad altre tecnologie di rete, grazie a standard e strumenti consolidati.
Sicurezza. Le reti Ethernet cablate offrono vantaggi di sicurezza intrinseci rispetto alle reti wireless. Per connettere un dispositivo è necessario l'accesso fisico alla rete, riducendo il rischio di accesso non autorizzato. Inoltre, Ethernet supporta vari protocolli di sicurezza e metodi di crittografia per proteggere la trasmissione dei dati.
Bassa latenza. Le reti Ethernet forniscono comunicazioni a bassa latenza, essenziali per le applicazioni che richiedono lo scambio di dati in tempo reale, come giochi online, videoconferenze e sistemi di trading finanziario.
Flexflessibilità. Ethernet supporta vari tipi di cablaggio (doppino intrecciato, coassiale, fibra ottica) e topologie di rete (stella, bus, anello), offrendo flexcapacità nella progettazione e implementazione della rete per soddisfare diversi ambienti ed esigenze.

Svantaggi

Sebbene Ethernet sia una tecnologia di rete popolare e ampiamente utilizzata, presenta alcuni svantaggi che dovrebbero essere considerati. Comprendere queste limitazioni aiuta a determinare se Ethernet è la scelta giusta per uno scenario di rete specifico. Loro includono:

Mobilità limitata. Ethernet si basa su cavi fisici per collegare i dispositivi, il che limita la mobilità. A differenza delle reti wireless, i dispositivi connessi tramite Ethernet devono rimanere alla portata dei cavi di rete, rendendolo meno conveniente per i dispositivi mobili o portatili.
Complessità di installazione. La configurazione di una rete Ethernet può essere più complessa e richiedere molto tempo rispetto alle reti wireless. Implica il passaggio dei cavi attraverso pareti, pavimenti o soffitti e può richiedere un'installazione professionale, soprattutto in ambienti più ampi o complessi.
Vincoli di scalabilità. L'espansione di una rete Ethernet può richiedere cavi, switch e altro hardware aggiuntivi, che possono essere costosi e impegnativi in termini di manodopera. Nelle implementazioni su larga scala, l'infrastruttura fisica necessaria per supportare Ethernet diventa ingombrante.
Gestione dei cavi. Con la crescita delle reti Ethernet, la gestione e l'organizzazione dei cavi può diventare impegnativa. Una cattiva gestione dei cavi crea disordine, causando problemi di manutenzione e complicando la risoluzione dei problemi.
Limitazioni di distanza. I cavi Ethernet standard, come Cat5e o Cat6, hanno una lunghezza massima di 100 metri (328 piedi). Per distanze maggiori è necessario hardware aggiuntivo come ripetitori o interruttori oppure è necessario utilizzare soluzioni più costose come cavi in fibra ottica.
Interferenze e degrado del segnale. I cavi Ethernet, soprattutto quelli non adeguatamente schermati, sono suscettibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI) provenienti da dispositivi elettrici o cavi vicini. Ciò porta al degrado del segnale e alla riduzione delle prestazioni della rete.
Costi iniziali più elevati. Sebbene Ethernet sia economica nel lungo periodo, la configurazione iniziale costa di più rispetto alle reti wireless. Questo perché include il costo di cavi, switch, router e servizi di installazione potenzialmente professionali.
Di meno flexflessibilità. Le reti Ethernet sono meno flexbile rispetto alle reti wireless quando si tratta di aggiungere o spostare dispositivi. Ogni nuovo dispositivo richiede una connessione fisica alla rete, che può comportare cavi e configurazioni aggiuntivi.

Ethernet vs. Wifi

Ethernet e Wi-Fi sono due tecnologie principali utilizzate per le reti locali, ciascuna con caratteristiche e vantaggi distinti.

Ethernet, che si basa su cavi fisici per connettere i dispositivi, offre velocità, affidabilità e sicurezza superiori. Le sue connessioni cablate forniscono velocità di trasferimento dati costanti e ad alta velocità, rendendolo ideale per applicazioni ad uso intensivo di larghezza di banda come giochi online, streaming video e trasferimenti di file di grandi dimensioni. La stabilità delle connessioni Ethernet garantisce interferenze e latenza minime, il che è fondamentale per le operazioni aziendali critiche e la comunicazione in tempo reale. Inoltre, la sicurezza delle reti Ethernet è generalmente più elevata, poiché per connettersi è necessario l'accesso fisico alla rete, riducendo il rischio di accesso non autorizzato.

Il Wi-Fi offre la comodità della connettività wireless, consentendo ai dispositivi di connettersi alla rete senza la necessità di cavi fisici. Questa mobilità è un vantaggio significativo negli ambienti in cui flexLa disponibilità e la facilità di accesso sono essenziali, come case, uffici e spazi pubblici. Le reti Wi-Fi consentono agli utenti di muoversi liberamente all'interno dell'area di copertura, facilitando la connessione di più dispositivi, inclusi smartphone, tablet e laptop. Tuttavia, il Wi-Fi può essere soggetto a interferenze da parte di altri dispositivi wireless e ostacoli fisici, che influiscono sulla potenza del segnale e sulle prestazioni della rete. Sebbene la tecnologia Wi-Fi sia avanzata per offrire velocità più elevate e maggiore sicurezza, generalmente non può eguagliare le prestazioni costanti e la latenza inferiore fornite dalle connessioni Ethernet. In definitiva, la scelta tra Ethernet e Wi-Fi dipende dalle esigenze e dalle priorità specifiche dell'ambiente di rete, bilanciando i compromessi tra velocità, affidabilità, sicurezza e comodità.