4.1 Descripción General de Ethernet
Cada una de las capas de los modelos OSI y de protocolo TCP/IP, y en cómo se utilizan los protocolos para lograr la comunicación de red. Estos análisis hacen referencia constantemente a diversos protocolos clave (TCP, UDP e IP), ya que brindan las bases sobre cómo funcionan actualmente desde la red más pequeña hasta la red más grande, la Internet.
El grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) mantiene los protocolos y servicios funcionales para la suite de protocolos TCP/IP de las capas superiores. Sin embargo, diversas organizaciones especializadas en ingeniería (IEEE, ANSI, ITU) o empresas privadas (protocolos propietarios) describen los protocolos y servicios funcionales de la capa de Enlace de datos y la capa física del modelo OSI. Dado que Ethernet se compone de estándares en estas capas inferiores, puede decirse que en términos generales se entiende mejor con referencia al modelo OSI.
4.1.1. ESTÁNDARES E IMPLEMENTACIÓN
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.
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
Encapsulación de datos
La encapsulación de datos proporciona tres funciones
principales:
Delimitación de trama
Direccionamiento
Detección de errores
El proceso de encapsulación de datos incluye el armado de la
trama antes de la transmisión y el análisis de la trama al momento de recibir
una trama. Cuando forma una trama, la capa MAC agrega un encabezado y un
tráiler a la PDU de Capa 3. La utilización de tramas facilita la transmisión de
bits a medida que se colocan en los medios y la agrupación de bits en el nodo
receptor.
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 colisiones (CSMA/CD).
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
La introducción de Gigabit Ethernet ha extendido la
tecnología LAN original a distancias tales que convierten a Ethernet en un
estándar de Red de área metropolitana (MAN) y de WAN (Red de área extensa).
.4.1.6. ETHERNET: 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
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.
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.
El switch reduce la cantidad de dispositivos que recibe cada trama, lo que a su vez disminuye o minimiza la posibilidad de colisiones. Esto, junto con la posterior introducción de las comunicaciones full-duplex (que tienen una conexión que puede transportar señales transmitidas y recibidas al mismo tiempo), permitió el desarrollo de Ethernet de 1 Gbps y más.
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