Ethernet: come funziona
Scopri come funziona una rete Ethernet, cosa fanno le porte LAN e gli switch, quali velocità possiamo incontrare e come i dispositivi comunicano attraverso collegamenti cablati.
💡 In poche parole
Ethernet è una famiglia di tecnologie utilizzate per collegare dispositivi all’interno di reti locali cablate. I dati vengono trasportati attraverso frame Ethernet, mentre dispositivi come gli switch permettono di collegare più apparecchi alla stessa LAN.
🔌 Che cos’è Ethernet?
Quando colleghi un computer al router tramite un cavo di rete, nella maggior parte delle reti domestiche stai utilizzando una connessione Ethernet.
Ethernet definisce diversi aspetti della comunicazione cablata, tra cui il modo in cui vengono organizzati i dati sul collegamento e diverse caratteristiche del livello fisico.
È una delle tecnologie più diffuse nelle reti LAN domestiche, aziendali e nei data center.
🏠 Un esempio domestico
Dietro al router potresti trovare quattro porte LAN Ethernet. Collegando quattro dispositivi tramite cavo puoi inserirli direttamente nella rete locale.
📦 Ethernet trasporta frame
Nella Lezione 3.2 abbiamo già incontrato i frame Ethernet.
Quando un dispositivo deve trasmettere dati sulla rete Ethernet, le informazioni dei livelli superiori vengono inserite all’interno di un frame.
Il frame contiene diverse informazioni utili, tra cui gli indirizzi MAC sorgente e destinazione.
📡 Router e switch non sono la stessa cosa
Questo è un concetto molto importante.
Un router e uno switch svolgono funzioni differenti.
Lo switch viene utilizzato principalmente per collegare dispositivi all’interno della stessa rete Ethernet.
Il router, invece, collega reti differenti e può svolgere funzioni aggiuntive come DHCP, NAT e firewall.
| Dispositivo | Ruolo principale |
|---|---|
| Switch | Collega dispositivi all’interno della LAN Ethernet |
| Router | Instrada il traffico tra reti differenti |
🧠 Perché sembra che il router faccia tutto?
I router domestici sono spesso dispositivi multifunzione: nello stesso apparecchio possono essere presenti router, switch Ethernet, access point Wi-Fi, server DHCP e firewall.
Per questo le porte LAN presenti sul retro del router appartengono normalmente a uno switch integrato.
🔌 A cosa serve uno switch?
Uno switch permette di aumentare il numero di dispositivi collegabili tramite Ethernet.
Immagina un router con una sola porta LAN disponibile. Collegando uno switch a quella porta possiamo ottenere molte porte Ethernet aggiuntive.
🔎 Come sa lo switch dove inviare i frame?
Uno switch Ethernet osserva i MAC address sorgente dei frame che riceve.
In questo modo può imparare quali indirizzi MAC sono raggiungibili attraverso ciascuna delle sue porte.
Queste associazioni vengono memorizzate in una tabella comunemente chiamata MAC address table.
Quando arriva un frame destinato a un MAC conosciuto, lo switch può inoltrarlo attraverso la porta appropriata.
💻 Esempio
Il PC A è collegato alla porta 1 e il PC B alla porta 3.
Se lo switch conosce già queste associazioni, può inoltrare un frame diretto al PC B verso la porta 3.
❓ E se lo switch non conosce il MAC?
Quando lo switch riceve un frame unicast diretto a un indirizzo MAC che non è ancora presente nella propria tabella, non sa su quale porta si trovi il destinatario.
In questo caso può effettuare il cosiddetto flooding, inoltrando il frame sulle altre porte appartenenti allo stesso dominio VLAN, esclusa quella da cui il frame è arrivato.
Quando il destinatario risponde, lo switch può imparare anche la sua posizione.
🧠 Lo switch impara automaticamente
Nelle normali reti Ethernet non è necessario configurare manualmente quale MAC address si trova su ogni porta di uno switch non gestito. Lo switch costruisce dinamicamente la propria tabella osservando il traffico.
⚡ Le velocità Ethernet
Ethernet si è evoluta molto nel tempo.
Oggi possiamo incontrare diverse velocità nominali, sia nelle reti domestiche sia in quelle professionali.
| Velocità | Nome comune | Uso tipico |
|---|---|---|
| 100 Mb/s | Fast Ethernet | Dispositivi meno recenti o economici |
| 1 Gb/s | Gigabit Ethernet | Molto comune nelle reti domestiche |
| 2,5 Gb/s | 2.5 Gigabit Ethernet | PC moderni, router, access point e NAS |
| 5 Gb/s | 5 Gigabit Ethernet | Reti multi-gigabit |
| 10 Gb/s | 10 Gigabit Ethernet | NAS, workstation, server e reti ad alte prestazioni |
📈 Velocità della porta e velocità di Internet
Una porta Ethernet da 2,5 Gb/s non significa automaticamente avere una connessione Internet da 2,5 Gb/s.
La velocità Ethernet indica la capacità del collegamento locale.
La velocità Internet dipende invece dal collegamento fornito dall’operatore e da molti altri fattori.
💡 Esempio
In questo caso il PC può comunicare con il router fino alla velocità consentita dal collegamento Ethernet, ma l’accesso a Internet rimane limitato dalla linea da 1 Gb/s.
🔗 La velocità viene negoziata
Quando colleghiamo due dispositivi Ethernet compatibili, le interfacce possono negoziare automaticamente alcuni parametri del collegamento.
Tra questi troviamo normalmente la velocità e, sulle tecnologie Ethernet moderne su rame, il funzionamento full duplex.
La velocità effettivamente negoziata dipende dalle capacità di entrambe le estremità e dal collegamento.
🔑 Regola semplice
Un collegamento non può funzionare a una modalità più veloce di quella supportata in comune dalle due estremità e consentita dal mezzo fisico utilizzato.
↔️ Che cosa significa full duplex?
Con un collegamento Ethernet moderno in full duplex, due dispositivi possono trasmettere e ricevere contemporaneamente.
🛠️ Il collo di bottiglia
In una rete composta da dispositivi con velocità differenti, le prestazioni di un trasferimento possono essere limitate dal tratto più lento del percorso.
Questo viene spesso chiamato collo di bottiglia.
📈 Esempio
Anche se PC e switch supportano 2,5 Gb/s, il collegamento del NAS a 1 Gb/s rappresenta un limite per quel trasferimento.
🔌 Le porte RJ45
Nelle reti Ethernet su rame domestiche incontriamo molto spesso connettori modulari comunemente chiamati RJ45.
Il cavo viene inserito nella porta Ethernet del dispositivo fino al blocco della linguetta del connettore.
Router, switch, PC, NAS, Smart TV, console e access point possono disporre di una o più porte Ethernet.
💡 Porta Ethernet non significa sempre stessa velocità
Due porte possono avere un aspetto praticamente identico ma supportare velocità differenti, per esempio 1 Gb/s, 2,5 Gb/s o 10 Gb/s.
Bisogna quindi controllare le specifiche del dispositivo.
💡 Le spie della porta Ethernet
Molte porte Ethernet possiedono uno o più LED.
A seconda del dispositivo possono indicare informazioni come:
- presenza del collegamento;
- attività di trasmissione e ricezione;
- in alcuni casi, la velocità negoziata.
Il significato preciso dei colori cambia da dispositivo a dispositivo, quindi bisogna sempre consultare il relativo manuale.
🔌 Ethernet non significa solo cavo di rame
Quando pensiamo a Ethernet immaginiamo spesso un cavo con connettore RJ45.
In realtà Ethernet è una famiglia molto più ampia e può funzionare su diversi mezzi fisici, compresa la fibra ottica.
Nelle reti professionali e nei collegamenti ad alta velocità sono comuni anche interfacce e moduli ottici.
🧠 Ethernet è la tecnologia, non il connettore
È utile non confondere Ethernet con RJ45. Ethernet definisce una famiglia di tecnologie di rete, mentre il connettore utilizzato dipende dal tipo di collegamento fisico.
📡 Ethernet o Wi-Fi?
Ethernet e Wi-Fi possono far parte della stessa rete, ma utilizzano mezzi di trasmissione molto differenti.
| Ethernet | Wi-Fi |
|---|---|
| Collegamento cablato | Collegamento wireless |
| Prestazioni generalmente molto prevedibili | Prestazioni influenzate maggiormente dall’ambiente radio |
| Nessun problema di copertura radio | Permette grande libertà di movimento |
| Richiede un collegamento fisico | Non richiede un cavo Ethernet fino al dispositivo |
Non esiste necessariamente una scelta migliore in assoluto.
Un PC fisso, un NAS o una console possono beneficiare molto di Ethernet, mentre smartphone e tablet sono naturalmente più adatti al Wi-Fi.
🎯 Cosa devi ricordare
- Ethernet è una famiglia di tecnologie per reti locali.
- I dati Ethernet vengono organizzati in frame.
- I frame contengono indirizzi MAC sorgente e destinazione.
- Lo switch collega più dispositivi all’interno della LAN.
- Uno switch può imparare quali MAC address sono raggiungibili attraverso le proprie porte.
- Router e switch svolgono funzioni differenti, anche se spesso sono integrati nello stesso dispositivo domestico.
- Le velocità comuni includono 100 Mb/s, 1 Gb/s, 2,5 Gb/s, 5 Gb/s e 10 Gb/s.
- La velocità Ethernet locale non coincide necessariamente con la velocità della connessione Internet.
- Il collegamento viene negoziato in base alle capacità delle due estremità e del mezzo utilizzato.
- Un collegamento full duplex permette di trasmettere e ricevere contemporaneamente.
- Il dispositivo o il collegamento più lento può diventare un collo di bottiglia.
- Ethernet può utilizzare anche mezzi diversi dal classico cavo di rame con connettore RJ45.
🎓 Quiz finale
Controlla se hai assimilato i concetti principali della lezione.
Mostra la risposta
È una famiglia di tecnologie di rete utilizzate soprattutto per realizzare collegamenti nelle reti locali.
Mostra la risposta
Collegare più dispositivi all’interno della LAN e inoltrare i frame verso le porte appropriate.
Mostra la risposta
Osserva i MAC address sorgente dei frame ricevuti e li associa alle proprie porte.
Mostra la risposta
No. Lo switch opera principalmente all’interno della rete Ethernet, mentre il router permette la comunicazione tra reti differenti.
Mostra la risposta
1 Gb/s, perché entrambe le estremità devono supportare la modalità utilizzata dal collegamento.
Mostra la risposta
No. La velocità Ethernet indica la capacità del collegamento locale. La velocità Internet dipende dalla connessione fornita dall’operatore e dagli altri elementi del percorso.
Mostra la risposta
Significa che il collegamento può trasmettere e ricevere contemporaneamente.
Mostra la risposta
No. Ethernet è una famiglia di tecnologie e può utilizzare diversi mezzi fisici, compresa la fibra ottica.