Unidad 4 Tecnología Ethernet
La primera LAN (Red de área local) del mundo
fue la versión original de Ethernet. Robert Metcalfe y sus compañeros de Xerox
la diseñaron hace más de treinta años. El primer estándar de Ethernet fue
publicado por un consorcio formado por Digital Equipment Corporation, Intel y
Xerox (DIX). Metcalfe quería que Ethernet fuera un estándar compartido a partir
del cual todos se podían beneficiar, de modo que se lanzó como estándar
abierto. Los primeros productos que se desarrollaron a partir del estándar de
Ethernet se vendieron a principios de la década de 1980.
4.1.1. ESTÁNDARES E IMPLEMENTACIÓN
La primera LAN (Red de área local) del mundo
fue la versión original de Ethernet. Robert Metcalfe y sus compañeros de Xerox
la diseñaron hace más de treinta años. El primer estándar de Ethernet fue
publicado por un consorcio formado por Digital Equipment Corporation, Intel y Xerox
(DIX). Metcalfe quería que Ethernet fuera un estándar compartido a partir del
cual todos se podían beneficiar, de modo que se lanzó como estándar abierto.
Los primeros productos que se desarrollaron a partir del estándar de Ethernet
se vendieron a principios de la década de 1980.
En 1985, el
comité de estándares para Redes Metropolitanas y Locales del Instituto de
Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó los estándares para las
LAN. Estos estándares comienzan con el número 802. El estándar para Ethernet es
el 802.3. El IEEE quería asegurar que sus estándares fueran compatibles con los
del modelo OSI de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO).
Para garantizar la compatibilidad, los estándares IEEE 802.3 debían cubrir las
necesidades de la Capa 1 y de las porciones inferiores de la Capa 2 del modelo
OSI. Como resultado, ciertas pequeñas modificaciones al estándar original de
Ethernet se efectuaron en el 802.3.
Ethernet opera
en las dos capas inferiores del modelo OSI: la capa de enlace de datos y la
capa física.
4.1.2. Capa 1 y capa 2
Ethernet opera
a través de dos capas del modelo OSI. El modelo ofrece una referencia sobre con
qué puede relacionarse Ethernet, pero en realidad se implementa sólo en la
mitad inferior de la capa de Enlace de datos, que se conoce como subcapa
Control de acceso al medio (Media Access Control, MAC), y la capa física.
Ethernet en la
Capa 1 implica señales, streams de bits que se transportan en los medios,
componentes físicos que transmiten las señales a los medios y distintas
topologías. La Capa 1 de Ethernet tiene un papel clave en la comunicación que
se produce entre los dispositivos, pero cada una de estas funciones tiene
limitaciones.
Tal como lo
muestra la figura, Ethernet en la Capa 2 se ocupa de estas limitaciones. Las
subcapas de enlace de datos contribuyen significativamente a la compatibilidad
de tecnología y la comunicación con la computadora. La subcapa MAC se ocupa de
los componentes físicos que se utilizarán para comunicar la información y
prepara los datos para transmitirlos a través de los medios.
La subcapa
Control de enlace lógico (Logical Link Control, LLC) sigue siendo relativamente
independiente del equipo físico que se utilizará para el proceso de
comunicación.
4.1.3. CONTROL DE ENLACE LÓGICO:
CONEXIÓN CON LAS CAPAS SUPERIORES
Ethernet separa
las funciones de la capa de Enlace de datos en dos subcapas diferenciadas: la
subcapa Control de enlace lógico (LLC) y la subcapa Control de acceso al medio
(MAC). Las funciones descritas en el modelo OSI para la capa de Enlace de datos
se asignan a las subcapas LLC y MAC. La utilización de dichas subcapas
contribuye notablemente a la compatibilidad entre diversos dispositivos
finales.
Para Ethernet,
el estándar IEEE 802.2 describe las funciones de la subcapa LLC y el estándar
802.3 describe las funciones de la subcapa MAC y de la capa física. El Control
de enlace lógico se encarga de la comunicación entre las capas superiores y el
software de red, y las capas inferiores, que generalmente es el hardware. La
subcapa LLC toma los datos del protocolo de la red, que generalmente son un
paquete IPv4, y agrega información de control para ayudar a entregar el paquete
al nodo de destino. La Capa 2 establece la comunicación con las capas
superiores a través del LLC.
El LLC se
implementa en el software y su implementación depende del equipo físico. En una
computadora, el LLC puede considerarse como el controlador de la Tarjeta de
interfaz de red (NIC). El controlador de la NIC (Tarjeta de interfaz de red) es
un programa que interactúa directamente con el hardware en la NIC para pasar
los datos entre los medios y la subcapa de Control de Acceso al medio (MAC)
4.1.4. MAC: Envío de datos a los medios
El Control de
acceso al medio (MAC) es la subcapa de Ethernet inferior de la capa de Enlace
de datos. El hardware implementa el Control de acceso al medio, generalmente en
la Tarjeta de interfaz de red (NIC).
La subcapa MAC
de Ethernet tiene dos responsabilidades principales:
- Encapsulación de datos
- Control de Acceso al medio
Control de
acceso al medio
La subcapa MAC
controla la colocación de tramas en los medios y el retiro de tramas de los
medios. Como su nombre lo indica, se encarga de administrar el control de
acceso al medio. Esto incluye el inicio de la transmisión de tramas y la
recuperación por fallo de transmisión debido a colisiones.
Topología
lógica
La topología
lógica subyacente de Ethernet es un bus de multiacceso. Esto significa que
todos los nodos (dispositivos) en ese segmento de la red comparten el medio.
Esto significa además que todos los nodos de ese segmento reciben todas las
tramas transmitidas por cualquier nodo de dicho segmento.
Debido a que
todos los nodos reciben todas las tramas, cada nodo debe determinar si debe
aceptar y procesar una determinada trama. Esto requiere analizar el
direccionamiento en la trama provisto por la dirección MAC.
Ethernet ofrece
un método para determinar cómo comparten los nodos el acceso al medio. El
método de control de acceso a los medios para Ethernet clásica es el Acceso
múltiple con detección de portadora con detección de colisiónes (CSMA/CD).
4.1.5. IMPLEMENTACIONES FÍSICAS DE ETHERNET
La mayor parte
del tráfico en Internet se origina y termina en conexiones de Ethernet. Desde
su inicio en la década de 1970, Ethernet ha evolucionado para satisfacer la
creciente demanda de LAN de alta velocidad. Cuando se introdujo el medio de
fibra óptica, Ethernet se adaptó a esta nueva tecnología para aprovechar el
mayor ancho de banda y el menor índice de error que ofrece la fibra.
Actualmente, el mismo protocolo que transportaba datos a 3 Mbps puede
transportar datos a 10 Gbps.
El éxito de
Ethernet se debe a los siguientes factores:
Simplicidad y
facilidad de mantenimiento
Capacidad para
incorporar nuevas tecnologías
Confiabilidad
Bajo costo de
instalación y de actualización
4.1.6. Ethernet: Comunicación a través de LAN
4.1.6.1.
Comunicación a través de LAN
Una red LAN es
una red de área local que permite que computadoras muy cercanas se comuniquen
entre ellas. Estas computadoras pueden estar todas en un mismo edificio o en
edificios adyacentes. El propósito de esta red es que los usuarios puedan
compartir recursos como impresoras, programas, datos, etc. La diferencia entre
estas es su topología.
Hay dos tipos
de red LAN:
Ethernet y la
IEEE 802.3 (muy similares y
Token Ring
(IEEE 802.5)
4.1.6.2.
Ethernet histórica
Los cimientos
de la tecnología Ethernet se fijaron por primera vez en 1970 mediante un
programa llamado Alohanet. Alohanet era una red de radio digital diseñada para
transmitir información por una frecuencia de radio compartida entre las Islas
de Hawai.
Alohanet
obligaba a todas las estaciones a seguir un protocolo según el cual una
transmisión no reconocida requería una retransmisión después de un período de
espera breve. Las técnicas para utilizar un medio compartido de esta manera se
aplicaron posteriormente a la tecnología cableada en forma de Ethernet.
La Ethernet se
diseñó para aceptar múltiples computadoras que se interconectaban en una
topología de bus compartida.
La primera
versión de Ethernet incorporaba un método de acceso al medio conocido como
Acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD).
El CSMA/CD administraba los problemas que se originaban cuando múltiples
dispositivos intentaban comunicarse en un medio físico compartido
Primeros medios
Ethernet
Las primeras
versiones de Ethernet utilizaban cable coaxial para conectar computadoras en
una topología de bus. Cada computadora se conectaba directamente al backbone.
Estas primeras versiones de Ethernet se conocían como Thicknet (10BASE5) y
Thinnet (10BASE2).
La 10BASE5, o
Thicknet, utilizaba un cable coaxial grueso que permitía lograr distancias de
cableado de hasta 500 metros antes de que la señal requiriera un repetidor. La
10BASE2, o Thinnet, utilizaba un cable coaxial fino que tenía un diámetro menor
y era más flexible que la Thicknet y permitía alcanzar distancias de cableado
de 185 metros.
La capacidad de
migrar la implementación original de Ethernet a las implementaciones de
Ethernet actuales y futuras se basa en la estructura de la trama de Capa 2, que
prácticamente no ha cambiado. Los medios físicos, el acceso al medio y el
control del medio han evolucionado y continúan haciéndolo. Pero el encabezado y
el tráiler de la trama de Ethernet han permanecido constantes en términos
generales.
Las primeras
implementaciones de Ethernet se utilizaron en entornos LAN de bajo ancho de
banda en los que el acceso a los medios compartidos se administraba mediante
CSMA y, posteriormente, mediante CSMA/CD. Además de ser una topología de bus
lógica de la capa de Enlace de datos, Ethernet también utilizaba una topología
de bus física. Esta topología se volvió más problemática a medida que las LAN
crecieron y que los servicios LAN demandaron más infraestructura.
Los medios
físicos originales de cable coaxial grueso y fino se reemplazaron por
categorías iniciales de cables UTP. En comparación con los cables coaxiales,
los cables UTP eran más fáciles de utilizar, más livianos y menos costosos.
La topología
física también se cambió por una topología en estrella utilizando hubs. Los
hubs concentran las conexiones. En otras palabras, toman un grupo de nodos y
permiten que la red los trate como una sola unidad. Cuando una trama llega a un
puerto, se lo copia a los demás puertos para que todos los segmentos de la LAN
reciban la trama. La utilización del hub en esta topología de bus aumentó la
confiabilidad de la red, ya que permite que cualquier cable falle sin provocar
una interrupción en toda la red. Sin embargo, la repetición de la trama a los
demás puertos no solucionó el problema de las colisiones. Más adelante en este
capítulo se verá cómo se manejaron las cuestiones relacionadas con colisiones
en Ethernet mediante la introducción de switches en la red.
4.1.6.3. Administración de colisiones Ethernet
Ethernet
antigua
En redes
10BASE-T, el punto central del segmento de red era generalmente un hub. Esto
creaba un medio compartido. Debido a que el medio era compartido, sólo una
estación a la vez podía realizar una transmisión de manera exitosa. Este tipo
de conexión se describe como comunicación half-duplex.
A medida que se
agregaban más dispositivos a una red Ethernet, la cantidad de colisiones de
tramas aumentaba notablemente. Durante los períodos de poca actividad de
comunicación, las pocas colisiones que se producían se administraban mediante
el CSMA/CD, con muy poco impacto en el rendimiento, en caso de que lo hubiera.
Sin embargo, a medida que la cantidad de dispositivos y el consiguiente tráfico
de datos aumenta, el incremento de las colisiones puede producir un impacto
significativo en la experiencia del usuario.
A modo de
analogía, sería similar a cuando salimos a trabajar o vamos a la escuela al
mañana temprano y las calles están relativamente vacías. Más tarde, cuando hay
más automóviles en las calles, pueden producirse colisiones y generar demoras
en el tráfico.
Ethernet actual
Un desarrollo
importante que mejoró el rendimiento de la LAN fue la introducción de los
switches para reemplazar los hubs en redes basadas en Ethernet. Este desarrollo
estaba estrechamente relacionado con el desarrollo de Ethernet 100BASE-TX. Los
switches pueden controlar el flujo de datos mediante el aislamiento de cada uno
de los puertos y el envío de una trama sólo al destino correspondiente (en caso
de que se lo conozca) en vez del envío de todas las tramas a todos los
dispositivos.
Referencias:
Cico, CCNA
Exploration, Aspectos básicos de networking
http://www.osandnet.com/red-local-ethernet/#Comunicacion_a_traves_de_una_red_local_Ethernet
http://unicrom.com/redes-lan-red-ethernet/
https://nebul4ck.files.wordpress.com/2015/08/ccna-exploration-4-0-c2b7-aspectos-basicos-de-networking.pdf
