Tipos de redes (III)
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Redes LAN Ethernet

Ethernet es la tecnolog�a de red LAN m�s usada, resultando id�neas para aquellos casos en los que se necesita una red local que deba transportar tr�fico espor�dico y ocasionalmente pesado a velocidades muy elevadas. Las redes Ethernet se implementan con una topolog�a f�sica de estrella y l�gica de bus, y se caracterizan por su alto rendimiento a velocidades de 10-100 Mbps.

El origen de las redes Ethernet hay que buscarlo en la Universidad de Hawai, donde se desarrollo, en los a�os setenta, el M�todo de Acceso M�ltiple con Detecci�n de Portadora y Detecci�n de Colisiones, CSMA/CD (Carrier Sense and Multiple Access with Collition Detection), utilizado actualmente por Ethernet. Este m�todo surgi� ante la necesidad de implementar en las islas Hawai un sistema de comunicaciones basado en la transmisi�n de datos por radio, que se llam� Aloha, y permite que todos los dispositivos puedan acceder al mismo medio, aunque s�lo puede existir un �nico emisor encada instante. Con ello todos los sistemas pueden actuar como receptores de forma simult�nea, pero la informaci�n debe ser transmitida por turnos.

El centro de investigaciones PARC (Palo Alto Research Center) de la Xerox Corporation desarroll� el primer sistema Ethernet experimental en los a�os 70, que posteriormente sirvi� como base de la especificaci�n 802.3 publicada en 1980 por el Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).

Las redes Ethernet son de car�cter no determinista, en la que los hosts pueden transmitir datos en cualquier momento. Antes de enviarlos, escuchan el medio de transmisi�n para determinar si se encuentra en uso. Si lo est�, entonces esperan. En caso contrario, los host comienzan a transmitir. En caso de que dos o m�s host empiecen a transmitir tramas a la vez se producir�n encontronazos o choques entre tramas diferentes que quieren pasar por el mismo sitio a la vez. Este fen�meno se denomina colisi�n, y la porci�n de los medios de red donde se producen colisiones se denomina dominio de colisiones.

Una colisi�n se produce pues cuando dos m�quinas escuchan para saber si hay tr�fico de red, no lo detectan y, acto seguido transmiten de forma simult�nea. En este caso, ambas transmisiones se da�an y las estaciones deben volver a transmitir m�s tarde.

Para intentar solventar esta p�rdida de paquetes, las m�quinas poseen mecanismos de detecci�n de las colisiones y algoritmos de postergaci�n que determinan el momento en que aquellas que han enviado tramas que han sido destruidas por colisiones pueden volver a transmitirlas.

Existen dos especificaciones diferentes para un mismo tipo de red, Ethernet y IEEE 802.3. Ambas son redes de broadcast, lo que significa que cada m�quina puede ver todas las tramas, aunque no sea el destino final de las mismas. Cada m�quina examina cada trama que circula por la red para determinar si est� destinada a ella. De ser as�, la trama pasa a las capas superiores para su adecuado procesamiento. En caso contrario, la trama es ignorada.

Ethernet proporciona servicios correspondientes a las capas f�sica y de enlace de datos del modelo de referencia OSI, mientras que IEEE 802.3 especifica la capa f�sica y la porci�n de acceso al canal de la capa de enlace de datos, pero no define ning�n protocolo de Control de Enlace L�gico.

Ethernet es una tecnolog�a de broadcast de medios compartidos. El m�todo de acceso CSMA/CD que se usa en Ethernet ejecuta tres funciones:

1. Transmitir y recibir paquetes de datos.
2. Decodificar paquetes de datos y verificar que las direcciones sean v�lidas antes de transferirlos a las capas superiores del modelo OSI.>
3. Detectar errores dentro de los paquetes de datos o en la red.

Tanto Ethernet como IEEE 802.3 se implementan a trav�s de la tarjeta de red o por medio de circuitos en una placa dentro del host.

Formato de trama Ethernet

Seg�n hemos visto, los datos generados en la capa de aplicaci�n pasan a la capa de transporte, que los divide en segmentos, porciones de datos aptas para su transporte por res, y luego van descendiendo pos las sucesivas capas hasta llegar a los medios f�sicos. Conforme los datos van bajando por la pila de capas, paso a paso cada protocolo les va a�adiendo una serie de cabeceras y datos adicionales ;necesarios para poder ser enviados a su destino correctamente. El resultado final es una serie de unidades de informaci�n denominadas tramas, que son las que viajan de un host a otro.

La forma final de la trama obtenida, en redes Ethernet, es la siguiente:

Y los principales campos que la forman son:

• Pre�mbulo: Patr�n de unos y ceros que indica a las estaciones receptoras que una trama es Ethernet o IEEE 802.3. La trama Ethernet incluye un byte adicional que es el equivalente al campo Inicio de Trama (SOF) de la trama IEEE 802.3.
• Inicio de trama (SOF): Byte delimitador de IEEE 802.3 que finaliza con dos bits 1 consecutivos, y que sirve para sincronizar las porciones de recepci�n de trama de todas las estaciones de la red. Este campo se especifica expl�citamente en Ethernet.
• Direcciones destino y origen: Incluye las direcciones f�sicas (MAC) �nicas de la m�quina que env�a la trama y de la m�quina destino. La direcci�n origen siempre es una direcci�n �nica, mientras que la de destino puede ser de broadcast �nica (trama enviada a una sola m�quina), de broadcast m�ltiple (trama enviada a un grupo) o de broadcast (trama enviada a todos los nodos).
• Tipo (Ethernet): Especifica el protocolo de capa superior que recibe los datos una vez que se ha completado el procesamiento Ethernet.
• Longitud (IEEE 802.3): Indica la cantidad de bytes de datos que sigue este campo.
• Datos: Incluye los datos enviados en la trama. En las especificaci�n IEEE 802.3, si los datos no son suficientes para completar una trama m�nima de 64 bytes, se insertan bytes de relleno hasta completar ese tama�o (tama�o m�nimo de trama). Por su parte, las especificaciones Ethernet versi�n 2 no especifican ning�n relleno, Ethernet espera por lo menos 46 bytes de datos.
• Secuencia de verificaci�n de trama (FCS): Contiene un valor de verificaci�n CRC (Control de Redundancia C�clica) de 4 bytes, creado por el dispositivo emisor y recalculado por el dispositivo receptor para verificar la existencia de tramas da�adas.

Cuando un paquete es recibido por el destinatario adecuado, les retira la cabecera de Ethernet y el checksum de verificaci�n de la trama, comprueba que los datos corresponden a un mensaje IP y entonces lo pasa a dicho protocolo para que lo procese. El tama�o m�ximo de los paquetes en las redes Ethernet es de 1500 bytes.

Tipos de redes Ethernet

Existen por lo menos 18 variedades de Ethernet, relacionadas con el tipo de cableado empleado y con la velocidad de transmisi�n.

Las tecnolog�as Ethernet m�s comunes y m�s importantes las son:

• Ethernet 10Base2. Usa un cable coaxial delgado, por lo que se puede doblar m�s f�cilmente, y adem�s es m�s barato y f�cil de instalar, aunque los segmentos de cable no pueden exceder de 200 metros y 30 nodos. Las conexiones se hacen mediante conectores en T, m�s f�ciles de instalar y m�s seguros.
  
  
• Ethernet 10Base5. Tambi�n llamada Ethernet gruesa, usa un cable coaxial grueso, consiguiendo una velocidad de 10 Mbps. Puede tener hasta 100 nodos conectados, con una longitud de cable de hasta 500 metros. Las conexiones se hacen mediante la t�cnica denominada derivaciones de vampiro, en las cuales se inserta un polo hasta la mitad del cable, realiz�ndose la derivaci�n en el interior de un transceiver, que contiene los elementos necesarios para la detecci�n de portadores y choques. El transceiver se une al computador mediante un cable de hasta 50 metros.
• Ethernet 10Base-T. Cada estaci�n tiene una conexi�n con un hub central, y los cables usados son normalmente de par trenzado. Son las LAN m�s comunes hoy en d�a. Mediante este sistema se palian los conocidos defectos de las redes 10BAse2 y 10Base5, a saber, la mala detecci�n de derivaciones no deseadas, de rupturas y de conectores flojos. Como desventaja, los cables tienen un l�mite de s�lo 100 metros, y los hubs pueden resultar caros.
  
  
• Ethernet 10Base-FX. Basada en el uso de fibra �ptica para conectar las m�quinas, lo que la hace cara para un planteamiento general de toda la red, pero id�nea para la conexi�n entre edificios, ya que los segmentos pueden tener una longitud de hasta 2000 metros, al ser la fibra �ptica insensible a los ruidos e interferencias t�picos de los cables de cobre. Adem�s, su velocidad de transmisi�n es mucho mayor.
  
  
• Fast Ethernet. Las redes 100BaseFx (IEEE 802.3u) se crearon con la idea de paliar algunos de los fallos contemplados en las redes Ethernet 10Base-T y buscar una alternativa a las redes FDDI Son tambi�n conocidas como redes Fast Ethernet, y est�n basadas en una topolog�a en estrella para fibra �ptica. Con objeto de hacerla compatible con Ethernet 10Base-T, la tecnolog�a Fast Ethernet preserva los formatos de los paquetes y las interfaces, pero aumenta la rapidez de transmisi�n hasta los 100 Mbps. En la redes Fast Ethernet se usan cables de cuatro pares trenzados de la clase 3, uno de los cuales va siempre al hub central, otro viene siempre desde el hub, mientras que los otros dos pares son conmutables. En cuanto a la codificaci�n de las se�ales, se sustituye la codificaci�n Manchester por se�alizaci�n ternaria, mediante la cual se pueden transmitir 4 bits a la vez. Tambi�n se puede implementar Fast Ethernet con cableado de la clase 5 en topolog�a de estrella (100BaseTX), pudiendo entonces soportar hasta 100 Mbps con transmisi�n full d�plex.