1Cos'è una LAN
Una LAN collega dispositivi geograficamente vicini — una stanza, un piano, un edificio — e si appoggia poi a un router per raggiungere la WAN e Internet.
In una rete SOHO i dispositivi finali si collegano a uno switch, spesso integrato nel router. In una rete enterprise ogni piano ha switch negli armadi di cablaggio, collegati a switch di distribuzione centralizzati e da lì al router.
Gli standard LAN, sia Ethernet che Wi-Fi, sono definiti dall'IEEE.
2Gli standard fisici
Ethernet non è un singolo standard ma una famiglia, quella IEEE 802.3, che copre mezzi diversi e velocità da 10 Mbps a 400 Gbps.
| Standard | Velocità | Nome comune | Mezzo |
|---|---|---|---|
| 10BASE-T | 10 Mbps | Ethernet | UTP, 100 m |
| 100BASE-T | 100 Mbps | Fast Ethernet | UTP, 100 m |
| 1000BASE-T | 1 Gbps | Gigabit Ethernet | UTP, 100 m |
| 1000BASE-LX/SX | 1 Gbps | Gigabit su fibra | fibra |
| 10GBASE-T | 10 Gbps | 10-Gig | UTP, ~100 m |
Il nome codifica tre informazioni: velocità, BASE per baseband, e tipo di mezzo — T per twisted pair, X per fibra.
Il punto importante: indipendentemente da mezzo e velocità, Ethernet usa sempre lo stesso formato di header e trailer. È il motivo per cui apparati di generazioni diverse convivono nella stessa LAN.
3Cablaggio in rame
L'UTP è fatto di coppie di fili di rame intrecciate. L'intreccio serve a ridurre l'interferenza elettromagnetica e il crosstalk. I connettori sono RJ-45, e un link Ethernet è semplicemente il cavo fisico tra due nodi.
Lo schema di codifica è l'accordo con cui il trasmettitore varia il segnale elettrico; il ricevitore applica le stesse regole al contrario per ricostruire zeri e uni.
Transceiver modulari
Le porte modulari accettano transceiver rimovibili, così si può cambiare mezzo o velocità dopo l'acquisto. Il GBIC era il primo standard, ormai superato. L'SFP è la versione più piccola fino a 1 Gbps, e l'SFP+ ha le stesse dimensioni ma arriva a 10 Gbps — oltre, si passa ai QSFP per 40 e 100 Gbps.
Straight-through e crossover
A 10 e 100 Mbps si usano due coppie, una per trasmettere e una per ricevere. PC e router trasmettono sui pin 1-2 e ricevono sui 3-6; switch e hub fanno esattamente l'opposto.
| Cavo | Quando | Esempi |
|---|---|---|
| Straight-through | dispositivi che usano pin opposti | PC↔switch, router↔switch |
| Crossover | dispositivi che usano gli stessi pin | switch↔switch, PC↔PC, router↔router |
Nel crossover i pin sono incrociati: 1 con 3, 2 con 6. Dalla fine degli anni Novanta l'auto-MDIX rileva la situazione e inverte i pin da solo, quindi la scelta del cavo è diventata molto meno critica — ma all'esame la distinzione va saputa.
Il 1000BASE-T usa tutte e quattro le coppie, e ogni coppia trasmette in entrambe le direzioni contemporaneamente. Il 10/100 ne usa solo due.
Da ricordare
- UTP intreccia i fili contro EMI e crosstalk; connettori RJ-45.
- Straight-through tra dispositivi diversi, crossover tra dispositivi uguali.
- 10/100 usa 2 coppie, 1000BASE-T ne usa 4.
- Auto-MDIX corregge il pinout automaticamente.
- SFP arriva a 1 Gbps, SFP+ a 10 Gbps.
4Fibra ottica
La fibra trasmette impulsi di luce dentro un nucleo di vetro invece di segnali elettrici. In cambio del costo maggiore offre distanze molto più lunghe, immunità totale all'interferenza elettromagnetica e più sicurezza, perché è difficile intercettarla senza farsi notare.
Il cavo è fatto di un core di vetro circondato dal cladding, che riflette la luce verso l'interno impedendole di disperdersi.
| Tipo | Sorgente | Distanza | Costo |
|---|---|---|---|
| Multimode | LED | breve, ~500 m | minore |
| Single-mode | laser | lunga, decine di km | maggiore |
Di solito servono due fibre, una per direzione, per ottenere il full duplex — a meno di usare tecnologie WDM che fanno viaggiare più lunghezze d'onda su una fibra sola.
5Il frame e gli indirizzi MAC
Ethernet incapsula i dati in un frame: header, dati, trailer, con i campi definiti da 802.3.
| Campo | Byte | Funzione |
|---|---|---|
| Preamble | 7 | sincronizzazione |
| SFD | 1 | segnala l'inizio del MAC di destinazione |
| Destination MAC | 6 | indirizzo del destinatario |
| Source MAC | 6 | indirizzo del mittente |
| Type/Length | 2 | protocollo di livello 3 (IPv4 = 0x0800) |
| Data + Pad | 46–1500 | payload; 1500 è l'MTU |
| FCS | 4 | rilevamento errori tramite CRC |
Se i dati stanno sotto i 46 byte si aggiunge padding per arrivare alla dimensione minima.
Indirizzi MAC
Il MAC è lungo 48 bit, cioè 6 byte, scritto in esadecimale, ed è bruciato nella scheda di rete — da cui il nome BIA, burned-in address.
I primi tre byte sono l'OUI, assegnato dall'IEEE, e identificano il produttore. Gli ultimi tre sono un seriale scelto dal produttore, e insieme garantiscono l'unicità globale.
Ci sono tre tipi di indirizzo: unicast verso una singola scheda, broadcast verso tutti i dispositivi della LAN — l'indirizzo è FFFF.FFFF.FFFF — e multicast verso un gruppo che vi ha aderito.
FCS
L'FCS permette al ricevente di rilevare i frame corrotti e scartarli. Ethernet rileva ma non corregge e non ritrasmette: il recupero è compito dei livelli superiori, cioè di TCP.
Da ricordare
- Frame 802.3: preamble, SFD, MAC destinazione, MAC sorgente, type, dati, FCS.
- MAC = 48 bit: OUI del produttore più seriale.
- Broadcast =
FFFF.FFFF.FFFF. - L'FCS rileva gli errori ma non li corregge.
6Switch, hub, duplex
| Hub | Switch | |
|---|---|---|
| Livello OSI | 1, ripetitore | 2 |
| Duplex | half | full |
| Dominio di collisione | unico, condiviso | uno per porta |
| Inoltro | ripete su tutte le porte | in base al MAC |
In half-duplex si può trasmettere o ricevere, non entrambe le cose insieme. Con un hub, se due nodi trasmettono contemporaneamente si ha una collisione e i dati diventano illeggibili.
Il CSMA/CD è l'algoritmo che gestisce la situazione: ascolta prima di trasmettere, rileva la collisione, aspetta un tempo casuale e ritrasmette. Serve solo dove ci sono hub o link half-duplex.
In full-duplex si trasmette e si riceve insieme, senza collisioni. Serve un collegamento punto-punto, cioè lo scenario normale PC↔switch o switch↔switch, e in quel caso il CSMA/CD non è necessario.
Da ricordare
- Hub: half-duplex, collisioni, livello 1. Switch: full-duplex, niente collisioni, livello 2.
- CSMA/CD serve solo in half-duplex.
- Lo switch crea un dominio di collisione per ogni porta.
Acronimi da sapere a memoria
IEEE, LAN, WAN, UTP, EMI, RJ-45, SFP, MAC, OUI, FCS, NIC, MTU, CSMA/CD, AP.