Ethernet su rame

Scopo della pagina

Questa pagina è centrata sulla parte pratica di Ethernet su rame: come sono organizzate le coppie del cavo, quali standard di terminazione si usano e come si verifica un collegamento.

La teoria generale sulla NIC e le caratteristiche dei cavi Ethernet STP e UTP sono trattate in pagine dedicate.

Livelli e protocolli coinvolti

Livello fisico

• Tipo di cavo e connettori
• Numero di coppie utilizzate
• Codifica del segnale e sincronizzazione
• Autonegoziazione velocita/duplex su rame twisted pair

Livello di collegamento dati

• Formato della trama Ethernet
• Indirizzi MAC sorgente e destinazione
• Controllo errori con FCS
• CSMA/CD nei collegamenti half-duplex storici

Strati superiori

ARP, IPv4/IPv6, TCP/UDP e i protocolli applicativi operano sopra Ethernet. Ethernet consegna localmente le trame; IP consente la comunicazione tra reti differenti.

Half-duplex e full-duplex

• Half-duplex: trasmissione e ricezione non simultanee; scenario storico con CSMA/CD.
• Full-duplex: trasmissione e ricezione simultanee; nessuna collisione sul link punto-punto.
• Duplex mismatch: un lato full e uno half provoca degrado, late collisions ed errori FCS.

Sui link rame moderni e consigliato mantenere attiva l'autonegoziazione.

Coppie e colori nei cavi Ethernet

Un cavo twisted pair contiene 4 coppie (8 fili totali):

• blu / bianco-blu
• arancione / bianco-arancione
• verde / bianco-verde
• marrone / bianco-marrone

T568A e T568B

Con il plug 8P8C osservato frontalmente (contatti davanti, clip dietro), i pin sono numerati da 1 a 8 da sinistra a destra.

I due standard sono equivalenti sul piano funzionale se applicati con coerenza.

Coppie usate a 10/100 Mbps

Nelle 10BASE-T e 100BASE-TX si usano 2 coppie:

• una per Tx
• una per Rx

In porte MDI tipiche host/PC: pin 1-2 Tx e pin 3-6 Rx. In MDI-X tradizionale il verso e invertito.

Le coppie blu e marrone non portano traffico utente in 10/100 classico, ma restano fisicamente presenti e utili per standard superiori.

Differenze con Gigabit Ethernet (1000BASE-T)

• Uso di tutte e 4 le coppie
• Comunicazione bidirezionale simultanea su ogni coppia
• Maggior sensibilita a qualita del cablaggio e terminazione
• Autonegoziazione fondamentale

Nel Gigabit rame non vale piu lo schema fisso "una coppia solo Tx e una solo Rx" tipico del 10/100.

Cavo dritto e cavo incrociato

Regola storica: dispositivi diversi con dritto, dispositivi simili con incrociato.

Auto-MDI/MDIX

Le porte moderne rilevano automaticamente la polarita logica Tx/Rx e si adattano al dispositivo collegato.

• Riduce la necessita pratica dei cavi crossover
• Semplifica il collegamento tra dispositivi omogenei
• Resta utile conoscere la logica storica per troubleshooting

Sequenza tipica di comunicazione in LAN

1. Un host genera dati applicativi
2. Il sistema operativo crea il pacchetto IP
3. Se manca il MAC di destinazione, invia ARP Request (broadcast)
4. Il dispositivo di livello 2 apprende i MAC sorgente e inoltra il broadcast nella VLAN
5. L'host di destinazione risponde con ARP Reply (unicast)
6. Segue la comunicazione unicast Ethernet verso MAC noto

Errori concettuali frequenti

• "Il dispositivo di livello 2 manda sempre tutto a tutti": falso, accade solo in casi specifici (broadcast, alcuni multicast, unicast sconosciuto).
• "Tx e Rx sono sempre su coppie separate": valido per 10/100, non per 1000BASE-T.
• "T568A e T568B sono reti diverse": falso, sono schemi di terminazione.
• "Il crossover non serve piu quindi non conta": resta utile per comprendere MDI/MDI-X e diagnostica.

Attività laboratoriale

La verifica pratica del cablaggio Ethernet può essere divisa in due parti: realizzazione fisica del cavo e controllo logico della comunicazione.

• crimpatura di un cavo dritto T568B-T568B con plug 8P8C;
• controllo dell'ordine dei fili e prova con cable tester;
• collegamento PC-switch-PC in Packet Tracer con cavo straight-through;
• verifica del link attivo e test ping tra gli host;
• confronto concettuale con il cavo crossover e con Auto-MDI/MDIX.

Gli screenshot utili per la pagina sono: topologia PC-switch-PC, tipo di cavo selezionato, link attivo e ping riuscito. Per la crimpatura sono più adatte fotografie reali del cavo, del plug e del tester.

Sintesi finale

In Ethernet, la NIC gestisce conversione tra dati e segnali fisici, mentre i dispositivi di livello 2 inoltrano le trame in base ai MAC address. Nel 10/100 si usano due coppie separate per Tx/Rx; nel Gigabit su rame si usano tutte e quattro le coppie in modo bidirezionale simultaneo. T568A e T568B definiscono solo l'ordine dei fili; i cavi dritti usano lo stesso standard alle due estremita, i crossover usano A da un lato e B dall'altro. Con Auto-MDI/MDIX la scelta pratica del cavo e molto meno critica, ma i principi restano fondamentali per comprendere il funzionamento reale di Ethernet.