Ethernet: cos’è e come funziona una rete cablata

Quando colleghiamo un computer al router tramite un cavo di rete, stiamo utilizzando quasi certamente Ethernet. È una tecnologia così diffusa che spesso viene identificata semplicemente con il cavo e con il connettore utilizzato per collegare i dispositivi.

In realtà Ethernet è molto di più: definisce una famiglia di tecnologie e standard che stabiliscono come i dispositivi possono trasmettere dati attraverso una rete locale cablata.

🔌 Cos’è Ethernet?

Ethernet è una famiglia di tecnologie utilizzate principalmente nelle reti locali, o LAN. Gli standard Ethernet sono definiti nell’ambito della famiglia IEEE 802.3.

Nel corso degli anni Ethernet si è evoluta enormemente. Le prime implementazioni funzionavano a velocità molto basse rispetto agli standard moderni, mentre oggi sono comuni collegamenti da 1, 2,5 e 10 Gigabit al secondo e, in ambito professionale e nei data center, velocità ancora superiori.

La caratteristica importante è che dispositivi prodotti da aziende differenti possono comunicare tra loro quando utilizzano standard Ethernet compatibili.

🌐 Come appare una semplice rete Ethernet

In una rete domestica moderna troviamo normalmente un router, uno switch integrato o separato e diversi dispositivi collegati tramite cavi Ethernet.

Ethernet non è semplicemente un cavo

È comune chiamare “Ethernet” il cavo che collega il computer al router, ma tecnicamente il cavo rappresenta soltanto una parte del sistema.

Una connessione Ethernet coinvolge infatti diversi elementi:

• interfacce di rete;
• porte dello switch;
• mezzo fisico di trasmissione;
• connettori;
• velocità e modalità di collegamento;
• frame Ethernet;
• indirizzi MAC.

Il mezzo fisico più comune nelle abitazioni è il doppino in rame intrecciato, utilizzato nei classici cavi di rete, ma Ethernet può funzionare anche attraverso fibra ottica e altri mezzi fisici.

📦 Come viaggiano i dati su Ethernet

Quando un dispositivo deve inviare informazioni attraverso una rete Ethernet, i dati vengono trasportati all’interno di strutture chiamate frame Ethernet.

Possiamo immaginare un frame come una sorta di contenitore: oltre ai dati trasportati contiene informazioni necessarie per permettere alla rete di consegnarlo correttamente.

🏷️ Il ruolo degli indirizzi MAC

Ogni interfaccia Ethernet possiede un indirizzo utilizzato per identificarla a livello locale: il MAC address.

Gli switch Ethernet utilizzano gli indirizzi MAC per imparare quali dispositivi sono raggiungibili attraverso ciascuna porta.

In questo modo, quando deve inoltrare un frame, lo switch può inviarlo verso la porta corretta anziché replicarlo indiscriminatamente su tutte le porte.

🔀 Perché serve uno switch?

Lo switch Ethernet permette di collegare più dispositivi all’interno della stessa rete locale.

Un tipico router domestico contiene già al suo interno un piccolo switch Ethernet: le porte LAN presenti sul retro del router appartengono normalmente a questo switch integrato.

Se servono più porte, è possibile collegare uno switch esterno e aumentare il numero di dispositivi cablati disponibili.

Lo switch non deve essere confuso con il router: lo switch collega dispositivi all’interno della LAN, mentre il router permette la comunicazione tra reti differenti.

⚡ Le principali velocità Ethernet

Ethernet non indica una singola velocità. Esistono numerosi standard con capacità differenti. Nelle reti domestiche moderne incontriamo soprattutto le seguenti velocità.

Come viene scelta la velocità del collegamento?

Quando due dispositivi Ethernet vengono collegati, le interfacce possono negoziare automaticamente le caratteristiche della connessione.

Per esempio, collegando una porta Ethernet da 2,5 Gbps a una porta che supporta solamente 1 Gbps, il collegamento non funzionerà a 2,5 Gbps: verrà utilizzata una modalità compatibile con entrambe le estremità.

La velocità effettivamente negoziata può inoltre essere influenzata dal cablaggio. Un cavo danneggiato o terminato male può impedire il raggiungimento della velocità prevista.

Full duplex: trasmettere e ricevere contemporaneamente

Le moderne connessioni Ethernet utilizzano normalmente la modalità full duplex. Questo significa che i dispositivi possono trasmettere e ricevere dati contemporaneamente.

Un collegamento Gigabit Ethernet full duplex, per esempio, può trasportare traffico nei due sensi contemporaneamente secondo le caratteristiche previste dallo standard.

Il funzionamento della negoziazione e del duplex verrà approfondito nella Guida 11 della macro-area Ethernet e LAN.

📡 Ethernet o Wi-Fi?

Ethernet e Wi-Fi possono far parte della stessa LAN, ma utilizzano mezzi fisici differenti.

Non significa che il Wi-Fi sia necessariamente lento: le moderne reti Wi-Fi possono raggiungere prestazioni molto elevate. Ethernet conserva però un grande vantaggio quando servono prevedibilità, stabilità e collegamenti ad alte prestazioni.

Ethernet determina la velocità di Internet?

Ethernet può diventare un collo di bottiglia, ma la velocità della LAN e quella della connessione Internet sono due grandezze differenti.

Immaginiamo una FTTH da 2,5 Gbps collegata a un computer attraverso una porta Gigabit Ethernet. Anche se la linea Internet può superare 1 Gbps, quel singolo collegamento Ethernet non può sfruttare direttamente tutta la capacità disponibile.

Lo stesso principio vale nelle reti da 10 Gbps: router, switch, scheda di rete, cablaggio e dispositivo devono essere dimensionati per la velocità che vogliamo raggiungere.

Perché Ethernet è ancora così importante?

Nonostante la crescita del Wi-Fi, Ethernet continua a essere fondamentale nelle reti domestiche e professionali.

È particolarmente utile per:

• PC desktop;
• console da gioco;
• NAS e server;
• smart TV;
• access point Wi-Fi;
• telecamere IP;
• workstation;
• collegamenti tra router e switch;
• backhaul cablato dei sistemi Mesh.

In molti casi la soluzione migliore non è scegliere tra Ethernet e Wi-Fi, ma utilizzare entrambe: Ethernet per il backbone e per i dispositivi fissi, Wi-Fi per smartphone, tablet e dispositivi mobili.