Ethernet

ConectoresBNC(Coaxial) yRJ45de una tarjeta de red.

Ethernet(pronunciación en inglés:/ˈiːθə˞nɛt/) es un estándar deredes de área localpara computadoras, por sus siglas en español Acceso Múltiple con Escucha de Portadora y Detección de Colisiones (CSMA/CD). Su nombre procede del concepto físico deéter(ether,en inglés). Ethernet define las características de cableado y señalización; denivel físicoy los formatos detramas de datosdelnivel de enlace de datosdelmodelo OSI. Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacionalIEEE 802.3,siendo usualmente tomados como sinónimos. Se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma zona.

Historia

En 1970, mientrasNorman Abramsonmontaba la gran redALOHAenHawái,un estudiante recién graduado en elMITllamadoRobert Metcalfese encontraba realizando sus estudios de doctorado en laUniversidad de Harvardtrabajando paraARPANET,que era el tema de investigación candente en aquellos días. En un viaje a Washington, Metcalfe estuvo en casa deSteve Crocker(el inventor de losRFCde Internet) donde este lo dejó dormir en el sofá. Para poder conciliar el sueño Metcalfe empezó a leer una revista científica donde encontró un artículo de Norm Abramson acerca de la red Aloha. Metcalfe pensó 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. La idea básica era muy simple: las estaciones antes de transmitir deberían detectar si el canal ya estaba en uso (es decir si ya había 'portadora'), en cuyo caso esperarían a que la estación activa terminara. Además, cada estación mientras transmitiera estaría continuamente vigilando el medio físico por si se producía alguna colisión, en cuyo caso se pararía y retransmitiría más tarde. Este protocolo MAC recibiría más tarde la denominación Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones, o más brevementeCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection).

En 1972Metcalfese mudó a California para trabajar en el Centro de Investigación deXeroxenPalo AltollamadoXerox PARC(Palo Alto Research Center). Allí se estaba diseñando lo que se consideraba la 'oficina del futuro' y Metcalfe encontró un ambiente perfecto para desarrollar sus inquietudes. Se estaban probando unas computadoras denominadasAlto,que ya disponían de capacidades gráficas y ratón y fueron consideradas los primeros ordenadores personales. También se estaban fabricando las primeras impresoras láser. Se quería 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 (tenían una resolución y velocidad comparables a una impresora láser actual). Estas ideas que hoy parecen obvias eran completamente revolucionarias en 1973.

AMetcalfe,el especialista en comunicaciones del equipo con 27 años de edad, se le encomendó la tarea de diseñar y construir la red que uniera todo aquello. Contaba para ello con la ayuda de un estudiante de doctorado de Stanford llamado David Boggs. Las primeras experiencias 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. Para evitar que se pudiera pensar que solamente servía para conectar computadorasAltocambió el nombre de la red por el de Ethernet, que hacía referencia a la teoría de lafísicahoy ya abandonada según la cual las ondas electromagnéticas viajaban por un fluido denominado éter que se suponía llenaba todo el espacio (para Metcalfe el 'éter' era elcable coaxialpor el que iba la señal). Las dos computadorasAltoutilizadas para las primeras pruebas de Ethernet fueron rebautizadas con los nombresMichelsonyMorley,en alusión a los dos físicos que demostraron en 1887 la inexistencia del éter mediante el famosoexperimento de Michelson y Morley.

La red de 1973 ya tenía todas las características esenciales de la Ethernet actual. Empleaba CSMA/CD para minimizar la probabilidad de colisión, y en caso de que esta se produjera se ponía en marcha un mecanismo denominado retroceso exponencial binario para reducir gradualmente la ‘agresividad’ del emisor, con lo que este se adaptaba a situaciones de muy diverso nivel de tráfico. Tenía topología de bus y funcionaba a 2,94 Mb/s sobre un segmento de cable coaxial de 1,6kmde longitud. Las direcciones eran de 8 bits y elCRCde las tramas de 16 bits. El protocolo utilizado al nivel de red era el PUP (Parc Universal Packet) que luego evolucionaría hasta convertirse en el que luego fue XNS (Xerox Network System), antecesor a su vez de IPX (Netware de Novell).

En vez de utilizar el cable coaxial de 75 ohms de las redes detelevisión por cablese optó por emplear cable de 50 ohms que producía menos reflexiones de la señal, a las cuales Ethernet era muy sensible por transmitir la señal en banda base (es decir sinmodulación). Cada empalme del cable y cada 'pincho' vampiro (transceiver) instalado producía la reflexión de una parte de la señal transmitida. En la práctica el número máximo de 'pinchos' vampiro, y por tanto el número máximo de estaciones en un segmento de cable coaxial, venía limitado por la máxima intensidad de señal reflejada tolerable.

En 1975Metcalfey Boggs describieron Ethernet en un artículo que enviaron a Communications of theACM(Association for Computing Machinery), publicado en 1976. En él ya describían el uso derepetidorespara aumentar el alcance de la red. En 1977 Metcalfe, Boggs y otros dos ingenieros de Xerox recibieron una patente por la tecnología básica de Ethernet, y en 1978 Metcalfe y Boggs recibieron otra por el repetidor. En esta época todo el sistema Ethernet era propiedad de Xerox.

Conviene destacar que David Boggs construyó en el año 1975 durante su estancia en Xerox PARC el primerroutery el primerservidor de nombres de Internet.

Versiones de 802.3

Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacionalIEEE 802.3,siendo usualmente tomados como sinónimos. Se diferencian en uno de los campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas originales Ethernet e IEEE 802.3 pueden coexistir en la misma red.

Los estándares de este grupo no reflejan necesariamente lo que se usa en la práctica, aunque a diferencia de otros grupos este suele estar cerca de la realidad.

La primera versión del IEEE 802.3 fue un intento de estandarizar Ethernet, aunque hubo un campo de la cabecera que se definió de forma diferente. Posteriormente ha habido ampliaciones sucesivas al estándar que cubrieron las ampliaciones de velocidad (Fast Ethernet,Gigabit Ethernety el de 10 Gigabits), redes virtuales, hubs, conmutadores y distintos tipos de medios, tanto de fibra óptica como de cables de cobre (tantopar trenzadocomo coaxial).

Estándar Ethernet	Fecha	Descripción
Ethernet experimental	1972 (patentado en 1978)	2,85Mbit/ssobre cable coaxial en topología de bus.
Ethernet II (DIX v2.0)	1982	10 Mbit/s sobre coaxial fino (thinnet) - La trama tiene un campo de tipo de paquete. Elprotocolo IPusa este formato de trama sobre cualquier medio.
IEEE 802.3	1983	10BASE510 Mbit/s sobre coaxial grueso (thicknet). Longitud máxima del segmento 500 metros - Igual que DIX salvo que el campo de Tipo se substituye por la longitud.
802.3a	1985	10BASE210 Mbit/s sobre coaxial fino (thinnet o cheapernet). Longitud máxima del segmento 185 metros.
802.3b	1985	10BROAD36.
802.3c	1985	Especificación de repetidores de 10 Mbit/s.
802.3d	1987	FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link) enlace de fibra óptica entre repetidores.
802.3e	1987	1BASE5 o StarLAN.
802.3i	1990	10BASE-T10 Mbit/s sobrepar trenzado no blindado(Unshielded Twisted Pairo UTP). Longitud máxima del segmento 150 metros.
802.3j	1993	10BASE-F10 Mbit/s sobre fibra óptica. Longitud máxima del segmento 1000 metros.
802.3u	1995	100BASE-TX,100BASE-T4,100BASE-FXFast Ethernet a 100 Mbit/s con auto-negociación de velocidad.
802.3x	1997	Full Duplex(Transmisión y recepción simultáneos) y control de flujo.
802.3y	1998	100BASE-T2100 Mbit/s sobre par trenzado no blindado (UTP). Longitud máxima del segmento 100 metros.
802.3z	1998	1000BASE-XEthernet de 1 Gbit/s sobre fibra óptica.
802.3ab	1999	1000BASE-TEthernet de 1 Gbit/s sobre par trenzado no blindado.
802.3ac	1999	Extensión de la trama máxima a 1522 bytes (para permitir las "Q-tag" ) Las Q-tag incluyen información para 802.1QVLANy manejan prioridades según el estándar 802.1p.
802.3ad	2000	Agregación de enlaces paralelos.
802.3ae	2003	Ethernet a 10 Gbit/s; 10GBASE-SR, 10GBASE-LR.
IEEE 802.3af	2003	Alimentación sobre Ethernet (PoE).
802.3ah	2004	Ethernet en la última milla.
802.3ak	2004	10GBASE-CX4 Ethernet a 10 Gbit/s sobre cable bi-axial.
802.3an	2006	10GBASE-TEthernet a 10 Gbit/s sobre par trenzado no blindado (UTP).
802.3ap	en proceso (draft)	Ethernet de 1 y 10 Gbit/s sobrecircuito impreso.
802.3aq	en proceso (draft)	10GBASE-LRM Ethernet a 10 Gbit/s sobre fibra óptica multimodo.
802.3ar	en proceso (draft)	Gestión de Congestión.
802.3as	en proceso (draft)	Extensión de la trama.

Formato de la trama Ethernet

La trama es lo que se conoce también por el nombre de "frame".

El primer campo es el preámbulo que indica el inicio de la trama y tienen el objetivo de que el dispositivo que lo recibe detecte una nueva trama y se sincronice.
El delimitador de inicio de trama indica que el frame empieza a partir de él.
Los campos de MAC (o dirección) de destino y origen indican las direcciones físicas del dispositivo al que van dirigidos los datos y del dispositivo origen de los datos, respectivamente.
La etiqueta es un campo opcional que indica la pertenencia a unaVLANo prioridad enIEEE P802.1p
Ethernetype indica con qué protocolo están encapsulados los datos que contiene la Payload, en caso de que se usase un protocolo de capa superior.
La Payload es donde van todos los datos y, en su caso, cabeceras de otros protocolos de capas superiores (SegúnModelo OSI,véaseProtocolos en informática) que pudieran formatear a los datos que se tramiten (IP, TCP, etc.). Tiene un mínimo de 46 Bytes (o 42 si es la versión 802.1Q) hasta un máximo de 1500 Bytes. Los mensajes inferiores a 64 bytes se llamantramas enanas(runt frames) e indican mensajes dañados y parcialmente transmitidos.^[1]
La secuencia de comprobación es un campo de 4 bytes que contiene un valor de verificación CRC (control de redundancia cíclica). El emisor calcula el CRC de toda la trama, desde el campo destino al campo CRC suponiendo que vale 0. El receptor lo recalcula, si el valor calculado es 0 la trama es válida.

El gap de final de trama son 12 bytes vacíos con el objetivo de espaciado entre tramas.

Estructura de la trama de 802.3 Ethernet
Preámbulo	Delimitador de inicio de trama	MAC de destino	MAC de origen	802.1QEtiqueta(opcional)	Ethertype(Ethernet II) o longitud (IEEE 802.3)	Payload	Secuencia de comprobación(32‑bitCRC)	Gap entre frames
7 Bytes	1 Byte	6 Byte	6 Bytes	(4 Bytes)	2 Bytes	De 46 (o 42) hasta 1500 Bytes	4 Bytes	12 Bytes
		64–1522 Bytes
72–1530 Bytes
84–1542 Bytes

Tecnología y velocidad de Ethernet

Hace ya mucho tiempo que Ethernet consiguió situarse como el principal protocolo del nivel de enlace. Ethernet 10Base2 consiguió, ya en la década de 1990 una gran aceptación en el sector. Hoy por hoy, 10Base2 se considera como una "tecnología de legado" respecto a 100BaseT. Hoy los fabricantes ya han desarrollado adaptadores capaces de trabajar tanto con la tecnología 10baseT como la 100BaseT y esto ayuda a una mejor adaptación y transición.

Las tecnologías Ethernet que existen se diferencian en estos conceptos entre ellos:

Velocidad de transmisión: Velocidad a la que transmite la tecnología.
Tipo de cable: Tecnología del nivel físico que usa la tecnología.
Longitud máxima: Distancia máxima que puede haber entre dos nodos adyacentes (sin estaciones repetidoras).
Topología: Determina la forma física de la red Bus si se usan conectores T (hoy solamente usados con las tecnologías más antiguas) y estrella si se usanhubs(estrella de difusión) oswitchs(estrella conmutada).

A continuación se especifican los anteriores conceptos en las tecnologías más importantes:

Tecnologías Ethernet
Tecnología	Velocidad de transmisión	Tipo de cable	Distancia máxima	Topología
10Base5	10 Mbit/s	Coaxial grueso	500 m	Bus (Conector AUI)
10Base2	10 Mbit/s	Coaxial delgado	185 m	Bus (Conector T)
10BaseT	10 Mbit/s	Par Trenzado	100 m	Estrella (Hub o Switch)
10BaseF	10 Mbit/s	Fibra óptica	2000 m	Estrella (Hub o Switch)
100BaseT4	100 Mbit/s	Par Trenzado (categoría 3UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) y Full Duplex (switch)
100BaseTX	100 Mbit/s	Par Trenzado (categoría 5UTP)	100 m	Estrella. Half Duplex (hub) y Full Duplex (switch)
100BaseFX	100 Mbit/s	Fibra óptica	2000 m	No permite el uso de hubs
1000BaseT	1000 Mbit/s	Par Trenzado (categoría 5e o 6UTP)	100 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseTX	1000 Mbit/s	Par Trenzado (categoría 6UTP )	100 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseSX	1000 Mbit/s	Fibra óptica (multimodo)	550 m	Estrella. Full Duplex (switch)
1000BaseLX	1000 Mbit/s	Fibra óptica (monomodo)	5000 m	Estrella. Full Duplex (switch)
10GBaseT	10000 Mbit/s	Par Trenzado (categoría 6a o 7UTP)	100 m
10GBaseLR	10000 Mbit/s	Fibra óptica (monomodo)	10000 m
10GBaseSR	10000 Mbit/s	Fibra óptica (multimodo)	300 m

Hardware comúnmente usado en una red Ethernet

Los elementos de una red Ethernet son:tarjeta de red,repetidores, concentradores, puentes, los conmutadores, los nodos de red y el medio de interconexión. Los nodos de red pueden clasificarse en dos grandes grupos:equipo terminal de datos (DTE)yequipo de comunicación de datos (DCE).

LosDTEson dispositivos de red que generan el destino de los datos: los PC, las estaciones de trabajo, los servidores de archivos, los servidores de impresión; todos son parte del grupo de las estaciones finales. LosDCEson los dispositivos de red intermediarios que reciben y retransmiten las tramas dentro de la red; pueden ser: conmutadores (switch), routers, concentradores (hub), repetidores o interfaces de comunicación. Por ejemplo: un módem o una tarjeta de interfaz.

Tarjeta de Interfaz de Redo NIC, permite que unacomputadoraacceda a una red local. Cada tarjeta tiene unaúnicadirección MACque la identifica en la red. Una computadora conectada a una red se denominanodo.
Repetidororepeater,aumenta el alcance de una conexión física, recibiendo las señales y retransmitiéndolas, para evitar su degradación, a través del medio de transmisión, lográndose un alcance mayor. Usualmente se usa para unir dos áreas locales 'de igual' tecnología y solamente tiene 'dos' puertos. Opera en la capa física delmodelo OSI.
Concentradorohub,funciona como un repetidor, pero permite la interconexión de 'múltiples' nodos. Su funcionamiento es relativamente simple, pues recibe una trama de ethernet, por uno de sus puertos, y la repite por todos sus puertos restantes sin ejecutar ningún proceso sobre las mismas. Opera en la capa física del modelo OSI.
Puente de redobridge,interconecta segmentos de red haciendo el cambio deframes(tramas) entre las redes de acuerdo con una tabla de direcciones que le dice en qué segmento está ubicada una dirección MAC dada. Se diseñan para uso entre las LAN que usan protocolos idénticos en la capa física y MAC (control de acceso al medio). Aunque existenbridgesmás sofisticados que permiten la conversión de formatos MAC diferentes (Ethernet-Token Ring,por ejemplo).

Conmutadoroswitch,funciona como elbridge,pero permite la interconexión de múltiples segmentos de red, funciona en velocidades más rápidas y es más sofisticado. Losswitchespueden tener otras funcionalidades, comoredes virtuales,y permiten su configuración a través de la propia red. Funciona básicamente en la capa 2 del modelo OSI (enlace de datos). Por esto son capaces de procesar información de las tramas; su funcionalidad más importante es en las tablas de dirección. Por ejemplo, una computadora conectada al puerto 1 del conmutador envía una trama a otra computadora conectada al puerto 2; elswitchrecibe la trama y la transmite a todos sus puertos, excepto aquel por donde la recibió; la computadora 2 recibirá el mensaje y finalmente lo responderá, generando tráfico en el sentido contrario; ahora elswitchconocerá lasdirecciones MACde las computadoras en el puerto 1 y 2; cuando reciba otra trama con dirección de destino de alguna de ellas, únicamente transmitirá la trama a dicho puerto disminuyendo así el tráfico de la red y contribuyendo al buen funcionamiento de la misma.

Presente y futuro de Ethernet

Ethernet se planteó en un principio como un protocolo destinado a cubrir las necesidades de lasredes de área local(LAN).

A partir de 2001, Ethernet alcanzó los 10 Gbit/s lo que dio mucha más popularidad a la tecnología. Dentro del sector se planteaba aATMcomo la total encargada de los niveles superiores de la red, pero el estándar 802.3ae (Ethernet Gigabit 10) se ha situado en una buena posición para extenderse al nivelWAN.

Véase también

Referencias

↑https://www.xuletas.es/ficha/telefonica-5/

Hernándo, J.M. (1991).Sistemas de telecomunicación(2ª ed. edición). Madrid: Servicio de publicaciones E.T.S.I. Telecomunicación.ISBN 978-84-7402-212-4.

Enlaces externos

Datos:Q79984
Multimedia:Ethernet/Q79984

[1] ttps://www.xuletas.es/ficha/telefonica-5/

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