¿Qué es Ethernet? Función, usos y ventajas

Muchas personas alrededor del mundo, cuando hablan de redes, se refieren a la Red de Área Local, también conocida como LAN, pero desconocen que detrás de eso existe el Ethernet. Descubre ¿Qué es Ethernet? y cada una de las ventajas que te ofrece, en este artículo te presentamos su importante función y más.

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¿Qué es Ethernet?

Ethernet es un tipo de tecnología que permite hacer la conexión de redes de área local (LAN) cableadas, posibilitando que el dispositivo se comunique entre sí a través de un protocolo, que es el lenguaje de red común. La LAN es una red de computadoras y otros dispositivos electrónicos, que son capaces de cubrir un área pequeña en los lugares donde están ubicados, como por ejemplo en la oficina, la casa, una habitación o edificio. Por otro lado la red de área extendida WAN, a diferencia de la LAN, cubre áreas geográficas mucho más extensas. El Ethernet es un protocolo que se encarga de controlar los procesos de transmisión de datos a través de LAN. También nos indica cómo los dispositivos de red son capaces de transmitir y formatear paquetes de datos para que los otros dispositivos de red en el mismo segmento de red de área puedan recibirlos, procesarlos y reconocerlos.

Entendiendo su funcionamiento

Para comprender mucho mejor el mecanismo que se esconde detrás del protocolo Ethernet, requiere que contemos con conocimientos técnicos e información de muchos procesos informáticos. Pongamos como ejemplo, el de una máquina en una red, que quiere enviar datos a otro dispositivo, primero detecta el portador que es el cable principal que conecta todos los dispositivos. Si en ese momento, nadie está enviando nada o si está libre, pues se envía el paquete de datos en la red incluyendo todos los otros dispositivos y se encarga de comprobar el paquete, para ver si son el destinatario. Es este destinatario quien consume el paquete. Si por el contrario, ya está en la carretera, el dispositivo que quiere enviar, se queda rezagado, durante unos milisegundos para intentarlo nuevamente, hasta que lo pueda enviar.

En otro orden de ideas, existen limitaciones en los cables Ethernet, un cable Ethernet como cualquier otro cable de alimentación eléctrica, tiene una capacidad de distancia máxima, esto quiere decir, esto es debido a que, el cable tiene un límite superior en cuanto al tiempo que transcurre antes de que la pérdida de señal afecte al rendimiento. Los extremos de dicho cable deben estar lo suficientemente cercanos, uno del otro para poder recibir las señales más rápida y eficientemente, pero además, deben estar alejados de las interferencias eléctricas para evitar que se produzcan interrupciones. Tanto para Ethernet como para Internet, al utilizar la red Ethernet, el router de la red también sirve como puente hacia Internet.

Por medio de un enrutador, se conecta al módem que se encarga de transportar la señal interna, luego envía y recibe la solicitud de paquetes de datos, y los enruta a otros ordenadores de la red. Incluso si no se utiliza la red, en la mayoría de los casos el ordenador se conectará al módem a través de un cable Ethernet.

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Ethernet: historia y evolución

Red ALOHA

Norman Abramson, un profesor de ingeniería quien ejerció la docencia en Stanford entre 1955 y 1965, y en la Universidad de Berkeley en el año 1966, decidió trasladarse a Hawái a disfrutar de su deporte favorito, el surf. Una vez que decide establecer su residencia en esta zona del pacífico, solicita una reunión con la Universidad de Hawái para solicitar un puesto de profesor, obtuvo el puesto de profesor y ejerció la docencia desde el año 1968 hasta 1984, impartiendo clases de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.

Ya para el año de 1970, ARPANET estaba en pleno funcionamiento y conectaba sus cuatro primeros nodos dispersos en 4 centros de investigación y universidades estadounidenses. ARPANET marcó una referencia en la historia de las comunicaciones ya que unía, a través de una red de conmutación de circuitos, cuatro ubicaciones distantes y con esto permitía la comunicación entre los cuatro nodos. Un problema similar se planteó resolver, La Universidad de Hawái, con sus centros de investigación, ya que algunos estaban situados en distintas islas del archipiélago, como lo eran Kauai, Maui, Hawái y Oahu y no era posible el intercambio de datos, a menos que se que se tiraran circuitos solo dedicados a esto, usando cables submarinos.

Para poder resolver este inconveniente, y gracias al financiamiento del DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa), la Universidad de Hawái puso a Norman Abramson a la cabeza de este proyecto con el que se pretendía conectar cuatro islas de Hawái utilizando una comunicación vía radio, la Red ALOHA.

La Red ALOHA permitía que los centros de Kauai, Maui y Hawái pudieran enviar datos a un computador central, el cual se encontraba situado en la ciudad de Honolulú. Considerando que la comunicación iba a ser bidireccional, no era posible instalar un transmisor en Honolulú y situar sendos receptores en el resto de las islas, por lo que tuvieron que diseñar un sistema que permitiera a todos transmitir y recibir datos de manera ordenada, y para esto diseñaron e implementaron un protocolo de control de acceso al medio.

ARPANET

Mientras Abramson daba inicio a la red ALOHA en Hawái en el año 1970, un estudiante que apenas se había graduado en el MIT, llamado Robert Metcalfe se encontraba realizando sus estudios de doctorado en la Universidad de Harvard y trabajando para ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), que era uno de los temas de investigación más nombrados de esa época. En uno de sus tantos viajes a Washington, Metcalfe por casualidad encontró una revista científica, donde le llamó la atención un artículo de Norm Abramson referente a la red Aloha. Metcalfe se planteó cómo se podía mejorar el protocolo utilizado por Abramson, y escribió un artículo describiendo un protocolo que mejoraba sustancialmente el rendimiento de Aloha. Ese artículo se convertiría en su tesis doctoral, que presentó en 1973.

Su idea era muy básica y simple, y consistía en que las estaciones antes de transmitir deberían detectar si el canal ya estaba en uso, es decir si ya había portadora en cuyo caso deberían esperar a que la estación activa terminara. Además, de que cada estación mientras transmitiera estaría continuamente monitoreando el medio físico, por si se producía alguna colisión, en caso de ocurrir, se detendría y retransmitiría más tarde. Este protocolo MAC recibiría más tarde la denominación Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones, o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection).

XEROX

Metcalfe se muda a California en el año 1972, para trabajar en el Centro de Investigación de Xerox en Palo Alto llamado Xerox PARC (Palo Alto Research Center). Allí se estaba trabajando en el diseño de lo que se consideraba la “oficina del futuro”, aquí Metcalfe encontró un ambiente ideal para poder desarrollar todos proyectos. Aquí se estaban probando unas computadoras que denominaban Alto, las cuales ya disponían de capacidades gráficas y ratón; y fueron consideradas los primeros ordenadores personales, además se estaban fabricando las primeras impresoras láser. Se pretendía poder conectar las computadoras entre sí, para compartir ficheros y las impresoras. La comunicación tenía que ser de muy alta velocidad, del orden de megabits por segundo, ya que la cantidad de información a enviar a las impresoras era enorme.

El Memorándum 

A Metcalfe, como el especialista en comunicaciones del equipo y con 27 años de edad, se le encomendó la tarea de diseñar y construir la red que uniera todo aquello. Para esta titánica misión, contaba con la ayuda de un estudiante de doctorado de Stanford David Boggs. Los primeros experimentos con de la red, que denominaron “Alto Aloha Network”, las llevaron a cabo en 1972. Fueron mejorando gradualmente el prototipo hasta que el 22 de mayo de 1973, Metcalfe escribió un memorándum interno en el que informaba de la nueva red.

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Para tratar de evitar que se pudiera pensar que solamente podía ser utilizada para conectar computadoras Alto, cambió el nombre de la red por el de Ethernet, que hacía referencia a la teoría de la física, hoy ya abandonada, según la cual las ondas electromagnéticas viajaban por un fluido denominado éter, que en teoría se suponía, llenaba todo el espacio. Para Metcalfe el éter, era el cable coaxial por el que viajaba la señal. Las dos computadoras Alto utilizadas para las primeras pruebas de Ethernet fueron rebautizadas con los nombres Michelson y Morley, en honor a los dos físicos que demostraron en 1887 la inexistencia del éter mediante el famoso experimento de Michelson y Morley.

CSMA/CD

La red que ya había dado su salto en 1973, ya tenía todas las características esenciales del concepto de Ethernet, que conocemos en la actualidad. Empleaba CSMA/CD para minimizar la probabilidad de colisión, y en caso de que esta se produjera se ponía en funcionamiento un mecanismo denominado retroceso exponencial binario, que podía reducir gradualmente la agresividad del emisor, con lo que este se adaptaba a situaciones de muy diverso nivel de tráfico. Tenía propiedades de bus y podía funcionar a 2,94 Mb/s sobre una parte del cable coaxial de 1,6 km de longitud. Las direcciones eran de 8 bits y el CRC de las tramas de 16 bits. El protocolo que se empleaba en el nivel de red era el PUP (Parc Universal Packet), el cual evolucionó hasta convertirse en XNS o Xerox Network System.

La ACM

En 1975, en un artículo que enviaron a Communications of the ACM (Association for Computing Machinery), Metcalfe y Boggs describieron Ethernet, dicho artículo se publicó en el año 1976. En dicho artículo se describía como debía ser el uso de repetidores para aumentar el alcance de la red. Para el año 1977 Metcalfe, Boggs y otros dos colaboradores ingenieros de Xerox, recibieron una patente por la tecnología básica de Ethernet, y un año más tarde, recibieron otra por el repetidor. Es de destacar que en 1975 David Boggs construyó estando en Xerox PARC el primer router y el primer servidor de nombres de Internet.

 

Objetivos de Ethernet

Los principales objetivos de Ethernet son coherentes con los requerimientos básicos para el desarrollo y uso de redes LAN.

Los objetivos originales de Ethernet son:

  1. Sencillez

Se excluyeron todas las características que pudieran complicar el diseño de la red sin hacer ningún aporte significativo, para alcanzar otros objetivos.

  1. Economía

El costo del equipamiento global para la conexión, seguirá reduciéndose significativamente con la utilización de las mejoras tecnológicas.

  1. Compatibilidad

Todo lo que sea complementario de Ethernet, tiene que ser capaz de poder intercambiar datos a nivel de capa de enlace de datos. Haciendo esto se elimina la posibilidad de que haya variaciones incompatibles de Ethernet.

  1. Adaptabilidad en el Direccionamiento

El mecanismo de direccionamiento debe tener la capacidad de poder dirigir los datos a un único dispositivo, a un grupo de dispositivos, o de manera alterna, difundir el mensaje a todos los dispositivos conectados a la red.

  1. Igualdad

Los dispositivos conectados deben tener el mismo acceso a la red.

  1. Progreso

Sin excepción, ningún dispositivo que se encuentre conectado a la red, y esté operando de acuerdo al protocolo Ethernet, debe estar en la capacidad de anticipar la operación de otros dispositivos.

  1. Alta velocidad

La red debe estar en condición de poder operar eficientemente, a una tasa de datos de 10 Mb/s.

  1. Bajo retardo

En cualquier nivel de tráfico de la red, debe existir un mínimo tiempo de retardo posible, en la transferencia de datos.

  1. Estabilidad

La red tiene que conservar su estabilidad, bajo todas las condiciones de carga. Los mensajes entregados tienen que mantener un porcentaje constante de la totalidad del tráfico de la red.

  1. Mantenimiento

El diseño de Ethernet tienen que simplificar el mantenimiento de la red, las operaciones y planeamiento.

  1. Arquitectura en capas

El diseño Ethernet tiene que especificarse en término de capas, de tal manera que puedan separarse las operaciones lógicas, de los protocolos de capa de enlace de las especificaciones de comunicaciones físicas del canal de comunicación.

Características de Ethernet

Las siguientes son algunas de las características que definen a Ethernet. Las especificaciones Ethernet (IEEE 802.3), también han sido adoptadas por ISO y se encuentran en el estándar internacional 8802-3.

  1. Ethernet emplea un método de acceso al medio por disputa. Las transmisiones se difunden en un canal compartido, y pueden ser escuchadas por todos los dispositivos conectados, solo el dispositivo de destino previsto, es quien va a aceptar la transmisión. Este tipo de acceso se conoce como CSMA/CD.
  2. Se ha producido una evolución en Ethernet, para poder trabajar sobre una variedad de medios, tales como: cable coaxial, par trenzado y fibra óptica, y con múltiples tasas de transferencia. Todas las implementaciones se pueden operar entre sí, lo que disminuye el proceso de migración a nuevas versiones de Ethernet.
  3. Pueden ser conectados múltiples segmentos de Ethernet, con lo que se posibilita que se pueda formar una gran red LAN Ethernet, con el empleo de repetidores.
  4. Para que una LAN Ethernet opere correctamente, dependerá de que los segmentos del medio sean fabricados de acuerdo a las normas establecidas para ese tipo de medio. Las redes LAN complejas que son construidas con múltiples tipos de medio, tienen que ser diseñadas de acuerdo a las pautas de configuración para multisegmentos, provistas en el estándar Ethernet. Estas reglas incluyen límites en el número total de segmentos y repetidores, que pueden ser utilizados en la construcción de una LAN.
  5. Ethernet se diseñó para ser que fácilmente pudiera ser expandido. El uso de dispositivos de interconexión tales como puente (bridges), ruteadores (routers), y conmutadores (switches), facilitan que las redes LAN individuales, se puedan conectar entre sí. Cada LAN es capaz de continuar operando de manera independiente, pero también tiene la capacidad de poder comunicarse fácilmente con las otras LAN conectadas.

Tipos de Ethernet

Existen una gran variedad de ejecuciones de IEEE 802.3. Para poder hacer una diferenciación entre ellas, se desarrolló una nomenclatura que tiene tres vertientes a saber:

  • La tasa de transferencia de datos en Mb/s
  • El método de señalamiento utilizado
  • La máxima longitud de segmento de cable en cientos de metros del tipo de medio.

Algunos tipos y sus características se detallan a continuación:

Ethernet

  1. 1BASE-5

El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1Mb/s sobre cable de par trenzado. Se emplean en redes con cable telefónico de par trenzado sin apantallar, tienen una velocidad de transmisión de 1 Mbps en banda base y una longitud de segmento de 500 metros.

  1. 10BASE-5

Estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10Mb/s sobre cable coaxial, troncal y AUI (attachment unit interface), de cable par trenzado a una distancia máxima de 500 metros. El cable empleado relativamente es grueso, aproximadamente de 10 mm, y es rígido. Sin embargo tiene la particularidad de que es muy resistente a interferencias externas, y tiene pocas pérdidas. Se le conoce con el nombre de RG8 o RG11 y tiene una impedancia de 50 ohmios.

  1. 10BASE-2

La Norma IEEE para redes sobre cable coaxial fino de 50 ohmios, con una velocidad de transmisión de 10 Mbps en banda base y una longitud de segmento máximo de 200 metros. Permiten un máximo de 30 nodos por estaciones, por segmento troncal y 1024 por red. Utilizado en redes Ethernet (CSMA/CD). Es parte de la especificación IEEE 802.3.

  1. 10BROAD-36

Es un estándar IEEE para Ethernet en banda ancha a 10Mb/s sobre cable coaxial de banda ancha de 75 ohmios con una distancia máxima de 3600m.

El estándar admite señales a través de un cable de televisión por cable (CATV) estándar, modula sus datos en una señal portadora de mayor frecuencia , al igual que modularía una señal de audio para transmitirla en una estación de radio.

  1. 10BASE-T

Es un subestándar del estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10 Mb/s sobre cable par trenzado sin blindaje, empleados en para redes de área local. Físicamente se construye con topología en estrella y utiliza como medio de transmisión cable de pares trenzados no apantallado UTP (Unshielded Twisted Pair), siguiendo una topología de cableado horizontal en forma de estrella, y con una distancia máxima de 100 m desde una estación a un hub.

  1. 10BASE-F

Estándar IEEE para Ethernet en banda base a 10Mb/s sobre fibra óptica con una distancia máxima de 2.000 metros. Ethernet 10BASE-F emplea una fibra óptica como medio y pulsos de luz en vez de señales de corriente eléctrica.

Un sistema Ethernet de fibra óptica por lo general se utiliza como un segmento de enlace. Comúnmente son usadas para segmentos de enlace, el enlace entre repetidores de fibra óptica original (fiber optic inter-repeater link, FOIRL) y 10BASE-FL.

Fast Ethernet

Las redes en la actualidad hacen frente a la crisis del ancho de banda, esto quiere decir, que los usuarios andan en la búsqueda del funcionamiento de Ethernet de 10 Mbps, haciendo que esta se vea forzada a tener que soportar, no muy adecuadamente la alta demanda en la red. Esta sobredemanda, ocasiona en los usuarios una disminución de la productividad y subutilización del potencial completo de la red. Esta crisis del ancho de banda es producto de algunos cambios tecnológico, tales como: el incremento de las velocidades de los procesadores, el aumento de los usuarios de las redes, y las nuevas aplicaciones intensivas en ancho de banda usadas en las redes. Cada uno de estos avances ofrece nuevas oportunidades de trabajo en red, pero también repercute negativamente, ya que estos cambios añaden un incremento en la carga localizada de la red.

  1. 100BASE-TX

Es el nombre técnico de Fast Ethernet para cables de par trenzado, soporta un tráfico de datos de 100 Mbps, en redes de área local (LAN). Fue lanzado como el estándar IEEE 802.3u en 1995.

Entre sus propiedades pueden mencionarse que tiene dos pares de cables de categoría 5 de pares trenzados sin blindaje (UTP) o dos cables de tipo 1 de pares trenzados blindados (STP), uno de estos pares transmite tramas desde el concentrador al dispositivo y el otro par transmite desde el dispositivo al concentrador, proporcionando con esto una comunicación full-duplex. Cada segmento de red puede tener una longitud máxima de 100 metros y una velocidad de datos de 125 Mbps. Un cable conecta solo dos nodos, lo que resulta en una topología de conexión punto a punto.

  1. 100BASE-T4

Es uno de los estándares IEEE, y fue una de las primeras implementaciones de Fast Ethernet. Se requiere de cuatro pares de cable trenzado, pero estos pueden ser de categoría 3 en lugar categoría 5, que es lo que exige TX, permitiendo amortizar instalaciones antiguas. De los cuatro pares, un par está reservado para transmitir, otro para recibir, y los dos conmutan a envío/recepción de modo que la comunicación siempre se establece simultáneamente a través de 3 pares.

  1. 100BASE-FX

Es el estándar IEEE para Ethernet en banda base a 100Mb/s sobre un sistema de cableado de dos fibras ópticas de 62.5/125 micrómetro (μm). Tiene un enlace de fibra óptica con una distancia máxima de 400 metros, y una velocidad de transmisión de 100 Mbps. Este emplea dos hilos de fibra óptica multimodo por enlace.

  1. 100BASE-T2

Estándar IEEE para Ethernet, en donde los datos son transmitidos sobre dos pares de cobre, 4 bits por símbolo. En primer lugar, un símbolo de 4 bits se amplía en dos símbolos de 3 bits, cada uno mediante un procedimiento de codificación que se basa en un registro lineal de retroalimentación. Esto se hace necesario para poder aplanar el ancho de banda y el espectro de la señal.

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Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet es una versión de la tecnología Ethernet y es utilizada ampliamente en redes de área local (LAN) para transmitir tramas a 1 Gbps. Se utiliza como soporte en muchas redes, particularmente de las de las grandes organizaciones. Es una extensión de los anteriores estándares Ethernet 802.3 de 10 Mbps y 100 Mbps. Soporta un ancho de banda de 1.000 Mbps y mantiene su total compatibilidad con la base de alrededor de 100 millones de nodos Ethernet instalada.

Gigabit Ethernet requiere que se empleen conexiones de fibra óptica para transmitir información a muy alta velocidad, y a grandes distancias. Para las distancias cortas, se emplean cables de cobre y conexiones de par trenzado de cableado CAT5e y CAT6, muy  similar a la antigua y popular Fast Ethernet de 100 / 1000 Mbps.

  1. 1000BASE-SX

También se le conoce como 10GBASE-SR, 1000BASE-SX al estándar IEEE 802.3z para cableado de fibra óptica multimodo. Este tiene una distancia mínima de transmisión de 220 metros y una máxima de 550 metros. Puede ofrecer una velocidad de 1Gbps de transmisión de datos, se utilizan principalmente para conectar concentradores de alta velocidad, switches Ethernet, y enrutadores en diferentes armarios de cableado o edificios que utilizan largos tendidos de cableado.

  1. 1000BASE-LX

El estándar IEEE para Ethernet es un tipo de estándar para poner en práctica redes Gigabit Ethernet. El “LX” en función de 1000BASE-LX, quiere decir que la longitud de onda larga, está diseñada para usarse con transmisiones de longitud de onda larga, entre los 1270 y 1355 metros, sobre cables de fibra óptica. El 1000BASE-LX puede trabajar sobre fibra monomodo y fibra multimodo,  con una distancia de hasta 5 kilómetros y 550 metros, respectivamente. Para distancias de enlace superiores a 300 metros, se hace necesario el uso de un cable de conexión de acondicionamiento de lanzamiento especial. Está diseñado básicamente para conectar concentradores de alta velocidad, conmutadores Ethernet y enrutadores en diferentes armarios de cableado o edificios, cuando haya que utilizar tendidos de cableado muy largos.

  1. 1000BASE-CX

El estándar IEEE para Ethernet 1000BASE-CX es un estándar inicial para conexiones Gigabit Ethernet para unas distancias máximas de 25 metros, que emplean un par trenzado blindado y balanceado, con un conector DE-9u8P8C. La longitud del segmento corto es debido a una velocidad de transmisión de señal muy alta. Aunque en la actualidad, aun se utiliza para aplicaciones específicas.

  1. 1000BASE-T

Es un tipo de tecnología de red Gigabit Ethernet que utiliza cables de cobre como medio de transmisión. El estándar IEEE para Ethernet en banda base a 1000Mb/s (1Gb/s), utiliza cuatro pares de cables de par trenzado sin blindaje de categoría 5 para lograr velocidades de datos de gigabits. El estándar se designa como IEEE 802.3ab y permite transferencias de datos de 1 Gbps para distancias de hasta 100 metros

El estándar IEEE 802.3 y el Protocolo Ethernet

Éste estándar tiene su surgimiento gracias al crecimiento que logró el protocolo Ethernet. La historia nos lleva a pasearnos por la década de los años 70, época en la cual el protocolo que prevalecía para redes LAN era Token Ring, de la compañía IBM que luego se estandarizó por el equipo de trabajo IEEE 802.5.

Es gracias al éxito de Ethernet, que el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos IEEE, decide estandarizar el protocolo con el grupo de trabajo 802.3. Sin embargo éste proceso de regulación introdujo algunas reformas en la definición del protocolo. Por lo general, se cree que Ethernet y el IEEE 802.3, son iguales. En la actualidad, ambos protocolos pueden coexistir en una misma LAN y para diferenciarlos se utilizan los nombres IEEE 802.3 y Ethernet-DIX.

Se puede decir que todas las versiones de Ethernet son similares, en el aspecto que comparte la misma arquitectura de acceso al medio múltiple con detección de errores, CSMA/CD. Sin embargo, el estándar IEEE 802.3 ha venido evolucionando con el correr del tiempo, tanto Así, que ahora es capaz de soportar múltiples medios, en la capa física, lo que incluye un cable coaxial de 50 ohmio (Ω) y 75 ohmio (Ω), cable par trenzado sin blindaje UTP, cable par trenzado con blindaje STP y fibra óptica. Otras diferencias marcadas entre ambas, tiene que ver con la velocidad de transmisión, el método de señalamiento y la longitud máxima del cableado.

Formato de la trama

Una de las diferencias más significativas entre la tecnología Ethernet original y el estándar IEEE 802.3, radica en la diferencia que existe entre los formatos de sus tramas. Esta diferencia es lo suficientemente marcada, como para hacer a las dos versiones incompatibles.

Una diferencia entre el formato de las dos tramas está en el preámbulo. El propósito de este preámbulo, es el de anunciar la trama y permitir que todos los receptores en la red puedan sincronizarse a sí mismos a la trama entrante. En cambio el preámbulo en Ethernet tiene una longitud de 8 bytes, pero en IEEE 802.3 la longitud del mismo es de 7 bytes, en este último, el octavo byte se transforma en el comienzo del delimitador de la trama.

Otra de las diferencias entre el formato de las tramas, tiene que ver con el tipo de trama que se encuentra en la trama Ethernet. Un campo tipo se emplea para especificar al protocolo que es transportado en la trama. Esto permite que muchos protocolos puedan ser transportados en la trama. El campo tipo fue sustituido en el estándar IEEE 802.3 por un campo longitud de trama, el cual se usa para indicar el número de bytes que se encuentran en el campo da datos.

Y por último, pero no menos importante, encontramos la diferencia entre los formatos de ambas tramas se encuentra en los campos de dirección, tanto de destino como de origen. Y por otro lado, el formato de IEEE 802.3 posibilita que se utilicen de 2 y 6 bytes de direcciones, el estándar Ethernet permite solo direcciones de 6 Bytes. El formato de trama que predomina en la actualidad, en los ambientes Ethernet es el de IEEE 802.3, pero la tecnología de red continúa siendo referenciada como Ethernet.

Operatividad de Ethernet

Todo dispositivo que esté equipado con Ethernet tiene la capacidad de operar en forma independiente del resto de los dispositivos de la red, las redes Ethernet no utilizan un dispositivo central de control, en cambio todos los dispositivos son conectados a un canal de comunicaciones de señales compartidas.

Las señales Ethernet se transmiten en serie, se transmite un bit a la vez. Las transmisiones se llevan a cabo, a través del canal de señales compartidas, donde todos los dispositivos conectados pueden escuchar la transmisión. Mucho antes de iniciar una transmisión, el dispositivo escucha el canal de transmisión para ver si se encuentra libre de transmisiones. Si el canal se encuentra libre, el dispositivo puede transmitir sus datos en la forma de una trama Ethernet.

Después de que se transmite una trama, todos los dispositivos de la red compiten por la siguiente oportunidad para poder transmitir una trama. La lucha por tener la oportunidad de poder transmitir entre dispositivos es intensa y para garantizar que el acceso al canal de comunicaciones sea equitativo, ningún dispositivo puede bloquear a otros dispositivos.

El acceso al canal de comunicaciones compartido es determinado por la subcapa MAC. Este control de acceso al medio es conocido como CSMA/CS.

Direccionamiento

Los campos de direcciones en una trama Ethernet llevan direcciones de 48 bits para ambas direcciones, tanto para la dirección de destino como para la de origen. El estándar IEEE se encarga de administrar parte del campo de las direcciones mediante el control de la asignación de un identificador de 24 bits conocido como OUI (Organizationally Unique Identifier). A cada organización que desee construir interfaces de red (NIC) Ethernet, se le asigna un OUI de 24 bits único, el cual será utilizado como los primeros 24 bits de la dirección de 48 bits del NIC. La dirección de 48 bits se le conoce como dirección física, dirección de hardware o dirección MAC.

El empleo de las direcciones únicas ya pre asignadas, simplifica el montaje y crecimiento de una red Ethernet.

La topología lógica, o la comunicación de una red determinan, como las señales son transferidas en la red. La topología lógica de una red Ethernet se encarga de proveer un canal único de comunicaciones,  que se especializa en el transporte de señales de todos los dispositivos conectados. Esta topología lógica puede diferenciarse de la topología física o de la disposición real del medio. Pongamos atención al siguiente ejemplo, si los segmentos del medio de una red Ethernet se encuentran conectados físicamente, siguiendo una topología estrella, la topología lógica continua siendo la de un canal único de comunicaciones,  que es capaz de transportar señales de todos los dispositivos conectados.

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Los múltiples segmentos de Ethernet, pueden interconectarse empleando repetidores,  para formar una red LAN más extensa. Cada uno de los segmentos del medio, forma parte del sistema de señales completo. Dicho sistema de segmentos interconectados, jamás se conectan en forma de bucle, es decir, cada segmento debe tener dos extremos.

La señal que genera un dispositivo, se coloca en el segmento de medio, al cual está conectado. Esta señal se repite en cada uno de los otros segmentos, que se encuentran conectados, de tal forma que sea escuchada por todos las demás estaciones. Sin que importe cual sea la topología física, solo debe existir un canal de señales para que pueda entregar tramas a través de todos los segmentos, a cada uno de los dispositivos conectados.

Tiempo de señales

Una manera de garantizar que el método de control de acceso al medio funcione correctamente, es que todas las interfaces de red Ethernet tienen que responder a las señales, dentro del límite de tiempo especificada. Dicho tiempo de señal, se basa en la cantidad de tiempo, que le toma a una señal ir de un extremo de la red al otro y regresar (Round Trip Time).

El límite del Round Trip Time, tiene que ser suficiente, a pesar de que la combinación de segmentos de medio, que se utilicen en la construcción de la red. Estas pautas de configuración suministran las reglas, para que la combinación de segmentos con repetidores, de forma que el tiempo de las señales se mantenga. Si dichas reglas no se cumplen estrictamente, las estaciones podrían no llegar a escuchar las transmisiones a tiempo y las señales de estas estaciones pondrían interferirse entre sí, generando con esto, colisiones tardías y congestionamiento en la red.

Los segmentos del medio tienen que ser construidos, siguiendo las pautas de configuración para el tipo de medio que se elige, y la velocidad de transmisión de la red, las redes de mayor velocidad exigen un tamaño de red de menor. Las redes locales Ethernet que son construidas por múltiples tipos de medios, deben ser diseñadas siguiendo las pautas para configuraciones multi-segmento del estándar Ethernet.

Componentes de Ethernet

  1. Componentes de Ethernet a 10 Mb/s
  • Equipo terminal de datos DTE o Data Terminal Equipment.

Los dispositivos de red en el estándar IEEE, son designados como equipos terminales de datos o DTE. Por eso cada DTE conectado a la red Ethernet, tiene que estar equipado con una interfaz de red o NIC Ethernet. Es la NIC quién provee una conexión con el canal de comunicación, y esta a su vez contiene los componentes electrónicos y el software necesario para poder ejecutar las funciones necesarias, a fin de poder enviar una trama Ethernet a través de la red.

  • Interfaz de unidad de conexión AUI o Attachment Unit Interface.

La unidad AUI provee un camino, tanto para las señales, como para la energía entre las interfaces de red NIC Ethernet y el PMA, a este componente se le designaba como cable transceptor, en el estándar DIX.

  • Conexión al medio físico PMA o Physical Medium Attachment.

El medio físico o PMA, es una parte de la capa física que tiene como función el control de la transmisión, la detección de las colisione, la recuperación de reloj y la alineación del Retardo de Propagación (Skew).

  • Interfaz dependiente del medio MDI o Medium Dependent Interface.

Esta interfaz le provee a la PMA de una conexión física y eléctrica al medio de transmisión. Como por ejemplo, para Ethernet 10BASE-T, la MDI es un conector modular de 8 posiciones, que se acopla perfectamente con un enchufe modular de 8 posiciones acoplado a 4 pares de cable UTP.

  • Medio

El medio es el encargado de transportar las señales entre los dispositivos conectados. Para ello pueden emplearse un cable coaxial delgado o grueso, un cable par trenzado, o cable de fibra óptica.

  1. Componentes de Ethernet a 100 Mb/s.

El incremento en diez veces la velocidad, resulta en un factor de reducción de diez veces el tiempo que se necesita para transmitir un bit en la red.

  • Interfaz independiente del medio MII o Media Independent Interface.

Esta interfaz MII es un conjunto de componentes electrónicos opcionales, que fueron  diseñados para hacer las diferencias en las señalizaciones requeridas para diferentes medios transparente, para los chips Ethernet que se encuentran en los NIC de los dispositivos de red. Dichos componentes electrónicos de MII y el conector de 40 pines y el cable asociado, permiten que sea posible conectar un dispositivo de red a cualquiera de varios tipos de medio.

  • Dispositivo de capa física PHY o Physical Layer Device.

La función de este dispositivo, es parecida a la que cumple el transceptor en Ethernet a 10Mb/s. Esta unidad puede ser interna o externa al dispositivo de red, y por lo general, es parte de la interfaz de red y el hub que contiene los circuitos requeridos para transmitir y recibir datos sobre el cable.

  • Medio

Ethernet a 100 Mb/s puede utilizar cable UTP, STP, o fibra óptica, ya que el cable coaxial no es soportado.

  1. Componentes de Ethernet a 1000 Mb/s.

La Gigabit Ethernet aumenta aún más la velocidad de transferencia hasta llegar a los 1000 Mb/s o 1 Gb/s. Emplea el mismo formato de trama, trabaja en full duplex y usa los mismos métodos de control de flujo, que las otras versiones de Ethernet.

Los estándares SX, LX, y CX se mencionan en conjunto como 1000BASE X (IEEE 802.3z). Estos estándares adoptan los estándares para medios físicos desarrollados por ANSI para fibra óptica. El estándar T (IEEE 802.3ab) se desarrolló para permitir el uso de cableado UTP.

Topologías de Ethernet

Por lo general las redes Ethernet están constituidas por infinidad de segmentos individuales interconectados por repetidores. Los segmentos están interconectados entre sí, bajo un esquema que se denomina patrón de árbol sin raíz, en donde cada segmento Ethernet, es una rama individual de la red completa. Se le denomina árbol sin raíz, ya que los segmentos interconectados pueden crecen en cualquier dirección.

Los segmentos Ethernet individuales pueden utilizar diferentes medios. Durante muchos años cada tipo de medio, requirió de una disposición de física de cable diferente. En la actualidad la topología física que se recomienda para las instalaciones, es la topología estrella como se especifica en ANSI/TIA/EIA-568-A.

Topología Bus

Si se utiliza cable coaxial delgado, la topología física de la red solo puede ser una topología bus. Para este diseño, todos los dispositivos son conectados en tramo único de cable. El cual provee un camino para las señales eléctricas, que son es comunes para todos los dispositivos conectados, y conduce todas las transmisiones entre los dispositivos.

Un fallo asociado con este diseño de bus de cableado, es que si se produce una falla en cualquier parte del cable coaxial delgado, esta interrumpirá el camino eléctrico.

Los dispositivos que se conectan a un segmento de cable coaxial delgado, siguen una topología que se conoce como cadena tipo margarita. En esta, si cualquier cable coaxial delgado es quitado de manera incorrecta del conector T, todo el segmento queda sin funcionamiento para todos los dispositivos que se encuentran conectados. Por el contrario, si el conector T, es removido de la interfaz de red Ethernet, el segmento puede continuar funcionando, debido a que la continuidad del cable coaxial no ha sido interrumpida.

Es posible que se puedan tener segmentos punto a punto, en un ambiente de cable coaxial delgado, empleando un repetidor multipuerto, donde se puede conectar un segmento en forma directa a un dispositivo. Esta acción puede limitar el número de dispositivos que pueden ser afectados por el daño a un cable específico.

Topología Estrella

Los segmentos de par trenzado y de fibra óptica están dispuestos en una topología física tipo estrella. En esta, los dispositivos individuales se conectan a un concentrador o hub central, con lo cual se forma un segmento. Las señales de cada uno de los dispositivos conectados, son enviadas al hub, y luego se difunden a todos los otros dispositivos que se encuentran conectados. Esto le permite al diseño Ethernet, poder operar lógicamente como un bus, pero físicamente el bus solo existe en el hub.

Una topología estrella, simplifica poder administrar la red y la resolución de problemas, debido a que cada tramo de cable conecta solo dos dispositivos, una a cada extremo del cable. Si por alguna razón un dispositivo no puede comunicarse con éxito con la red, este puede ser movido físicamente a otra ubicación, para diagnosticar si la falla se encuentra en el cableado o por el contrario, está ubicado en el dispositivo.

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