Ethernet

Ethernet
La mayoría de los usuarios, cuando hablan de redes, hacen referencia a la Red
de Area Local, también conocida como LAN, pero ignoran que detrás de esta
denominación se encuentra un estándar llamado Ethernet, el cual determina las
particularidades físicas y eléctricas que debe poseer una red tendida con este sistema.
También conocido como IEEE 802.3, esta norma define, además de las características
eléctricas, de longitud y diámetro de los cables, todos los elementos en juego dentro
de una red, es decir, como debe ser conectado en cada escenario en particular y
muchos otros parámetros
Los orígenes de la tecnología Ethernet se puede rastrear prácticamente hasta
principios de la década de 1970, siendo Robert Metcalfe, un ingeniero graduado en
MIT y la compañía Xerox los principales precursores de ella. En la actualidad es el
método más simple, seguro, y económico de montar una red entre computadoras,
debido fundamentalmente a su flexibilidad, ya que entre otras tantas características, es
posible utilizarse desde cable coaxial hasta fibra óptica para poder implementar una
red con esta tecnología.
Ethernet es la tecnología LAN predominante en el mundo y funciona en la capa
de enlace de datos y en la capa física. Los estándares del protocolo Ethernet
definen el formato, el tamaño, la temporización y la codificación de las tramas en una
comunicación de red; es por ello importante conocer los estándares de Ethernet que
definen los protocolos de capa 2 y las tecnologías de capa 1.
Ethernet ha evolucionado desde su creación en 1973. Las primeras versiones
de Ethernet eran relativamente lentas, con una velocidad de 10 Mbps, mientras que
las más recientes funcionan a 10 Gbps e, incluso, más rápido.
Resumiendo Ethernet:

Tecnología LAN más utilizada.

Funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física.

Familia de tecnologías de redes que se define en los estándares IEEE 802.2 y
802.3.

Admite anchos de banda de datos de 10, 100, 1000, 10 000, 40 000 y 100 000
Mbps (100 Gbps).
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
La idea básica detrás de Ethernet es que todas las PCs dentro de una red
envíen y reciban datos de una forma en que se evite cualquier tipo de
superposición, lo que sería desastroso. Es por ello que los datos que se envían o
reciben mediante este estándar deben ser fragmentados en fracciones más pequeñas
y enviados a través de un método conocido como “Conmutación de paquetes”.
Básicamente esto consiste en que si una de las PC de la red quiere enviar un paquete
de datos a otra, debe ser empaquetado, lo que finalmente arroja como resultado un
“paquete”, el cual consiste de varios datos tales como cabecera, dirección del
dispositivo en la red a quién va destinado y qué dispositivo de la red lo está enviando.
Además contiene datos de control y otras informaciones relativas al mismo como la
cantidad de datos que transporta y otros.
Como dato importante, cabe destacar que estos paquetes se envían a todas
los dispositivos que conforman la red, siendo los propios aparatos los que determinan
si el paquete va dirigido a ellos o no, denegando todos los paquetes que no se dirigen
estrictamente al dispositivo en particular.
Otro dato a tener en cuenta es que todos los dispositivos de una red pueden
transmitir paquetes en cualquier momento en que así se requiera, sin embargo esto
puede provocar problemas cuando dos dispositivos intentan hacerlo al mismo tiempo,
conociéndose este hecho como “colisión”. Es por ello que se creó CSMA/CD (Carrier
Sense Multiple Access with Collision Detection) cuya traducción al español es “Acceso
múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones”, el cual es un protocolo
utilizado en las redes Ethernet para solucionar este problema.
Mediante CSMA/CD, es posible que los dispositivos escuchen la red para
determinar si el canal y los recursos se encuentran libres. En caso afirmativo, se podrá
realizar la transmisión para no colisionar con otros paquetes.
1. ENCAPSULAMIENTO DE ETHERNET
Ethernet trabaja en capa 1 y capa 2, y precisamente, opera en dos subcapas
separadas de la capa de enlace de datos (capa 2): la de Control de Enlace
Lógico (LLC) y la MAC.
1.1. SUBCAPA LLC
La Subcapa LLC (Logical Link Control o Control de enlace lógico) se implementa
mediante software (su implementación es independiente del hardware) y se utiliza para
comunicarse con las capas superiores de la suite de protocolos
El LLC toma los datos del protocolo de la red, que generalmente son un paquete IPv4,
y agrega información de control para ayudar a distribuir el paquete al nodo de destino.
1.2. SUBCAPA MAC
La subcapa MAC (Media Access Control o Control de Acceso al Medio) constituye la
subcapa inferior de la capa de enlace de datos y se implementa mediante hardware,
por lo general en la NIC de la PC.
Tiene dos responsabilidades principales:

Encapsulación de datos: Incluye el armado de tramas antes de la transmisión
y el desarmado de tramas en el momento de la recepción y proporciona tres
funciones principales:
a) Delimitación de tramas: se utiliza para identificar un grupo de bits que
componen
una
trama.
Estos
bits
delimitadores
proporcionan
sincronización entre los nodos de transmisión y de recepción.
b) Direccionamiento: el proceso de encapsulamiento contiene la PDU de
capa 3 y también proporciona direccionamiento de la capa de enlace de
datos.
c) Detección de errores: cada trama contiene un tráiler utilizado para
detectar errores de transmisión.

Control de acceso al medio: Es responsable de colocar las tramas en los
medios y de quitarlas de ellos (por ello el nombre). Esta subcapa se comunica
directamente con la capa física.
La topología lógica subyacente de Ethernet es un bus de acceso múltiple en la
que todos los dispositivos (nodos) de un único segmento de red comparten el medio.
Ethernet es un método de red de contienda, donde cualquier dispositivo puede intentar
transmitir datos a través del medio compartido siempre que tenga datos que enviar.
Para detectar y resolver colisiones, se utiliza el proceso de acceso múltiple por
detección de portadora con detección de colisiones(CSMA/CD) en las LAN Ethernet de
dúplex medio.
2. CAMPOS DE TRAMA DE ETHERNET
Los estándares Ethernet II e IEEE 802.3 definen que el tamaño mínimo de
trama de Ethernet es de 64 bytes, y el máximo es de 1518 bytes y se tiene en cuenta
lo siguiente:

Una longitud menor que 64 bytes se considera un “fragmento de colisión” o “runt
frame”.

Se descartan todas las tramas que sean más pequeñas que el mínimo o
mayores que el máximo.

Es posible que las tramas descartadas se originen en colisiones u otras señales
no deseadas y, por lo tanto, se consideran no válidas.
3. DIRECCIONES MAC DE ETHERNET
Una dirección MAC de Ethernet es un valor binario de 48 bits expresado como
12 dígitos hexadecimales (4 bits por dígito hexadecimal).
El valor de la dirección MAC es el resultado de las normas implementadas por
el IEEE con el objetivo de garantizar direcciones únicas para cada dispositivo Ethernet.
El IEEE asigna al proveedor un código de 3 bytes (24 bits), llamado “identificador único
de organización (OUI)”.
El IEEE requiere que un proveedor siga dos sencillas reglas:

Deben utilizar el OUI asignado al proveedor como los primeros 3 bytes.

Se les debe asignar un valor exclusivo a todas las direcciones MAC con el
mismo OUI en los últimos 3 bytes.
4. PROCESAMIENTO DE TRAMAS
A menudo, la dirección MAC se conoce como “dirección física (BIA)” porque,
históricamente, esta dirección se graba de manera física en la memoria de solo lectura
(ROM) de la NIC. Es decir que se codifica en el chip de la ROM de manera
permanente.
Es así como funciona: Cuando la computadora arranca, lo primero que hace la
NIC es copiar la dirección MAC de la ROM a la RAM. Cuando un dispositivo reenvía
un mensaje a una red Ethernet, adjunta la información del encabezado a la trama (que
contiene las direcciones MAC de origen y de destino).
5. REPRESENTACIONES DE LA DIRECCIÓN MAC
Las direcciones MAC tienen las siguientes características:

Pueden representarse con dos puntos, guiones o puntos, y no distinguen
mayúsculas de minúsculas.

00-60-2F-3A-07-BC, 00:60:2F:3A:07:BC, 0060.2F3A.07BC y 00-60-2f-3a-07-bc
son representaciones válidas de la misma dirección MAC.
DIRECCIÓN MAC DE UNIDIFUSIÓN
Dirección única utilizada cuando se envía una trama desde un único dispositivo
transmisor hacia un único dispositivo receptor. La dirección MAC de origen siempre
debe ser de unidifusión.
DIRECCIÓN MAC DE DIFUSIÓN
Se utiliza cuando se envía una trama desde un único dispositivo transmisor
hacia todos los dispositivos de la red. Los paquetes de difusión tienen una dirección
IPv4 de destino que contiene solo números uno (1) en la porción de host, significa
que todos los hosts de esa red local (dominio de difusión) recibirán y procesarán el
paquete. Muchos protocolos de red, como DHCP y ARP, utilizan la difusión.
Otra características es que cuando el paquete de difusión IPv4 se
encapsula en la trama de Ethernet, la dirección MAC de destino es la dirección
MAC de difusión FF-FF-FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 números uno en
binario).
DIRECCIÓN MAC DE MULTIDIFUSIÓN
Las direcciones de multidifusión le permiten a un dispositivo de origen
enviar un paquete a un grupo de dispositivos. Hay algunas cosas a tener en
cuenta:

La dirección MAC multicast es un valor especial que comienza con 01-005E en hexadecimal (la porción restante se crea convirtiendo en seis
caracteres hexadecimales los 23 bits inferiores de la dirección IP del
grupo de multidifusión).

El
rango
de
direcciones
IPv4
multicast
va
224.0.0.0 a 239.255.255.255.

El rango de direcciones de multidifusión IPv6 comienza con FF00::/8.
de