Ethernet

Ethernet es una familia de tecnologías estandarizadas para redes locales , desarrollada experimentalmente por Robert Metcalfe y David Boggs (su asistente) en Xerox PARC , que define las especificaciones técnicas a nivel físico (por ejemplo , conectores , cables , tipo de transmisión ) y capa de enlace de datos de el modelo de arquitectura de red ISO/OSI .

Comercializado en 1980 e inicialmente estandarizado en 1983 como IEEE 802.3 , es ampliamente utilizado en la industria, el protocolo de Internet se transmite comúnmente a través de Ethernet y, por lo tanto, se considera una de las tecnologías clave que componen Internet ; más generalmente se utiliza en redes locales (LAN), redes metropolitanas (MAN) y redes geográficas (WAN) [1] .

Historia

Ethernet se desarrolló en Xerox PARC entre 1973 y 1974 [2] . Ethernet tiene sus raíces en una red de radio por paquetes anterior, llamada Aloha, desarrollada en la Universidad de Hawái para brindar soporte de comunicaciones entre computadoras ubicadas en diferentes islas del archipiélago (radio que Robert Metcalfe había estudiado como parte de su doctorado [3]. ] ). Al igual que con la red Aloha, el principal problema que debe resolver Ethernet es cómo mediar el acceso a un medio compartido de manera justa y eficiente. En Aloha el medio físico era la atmósfera, mientras que en Ethernet es un cable coaxial [4] .

El objetivo original del experimento era obtener una transmisión fiable de 3 Mbit/s por cable coaxial en condiciones de poco tráfico, pero capaz de tolerar bien picos de carga ocasionales. Para regular el acceso al medio de transmisión , se adoptó un protocolo de acceso al medio compartido del tipo CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection ) .

El éxito del experimento despertó un gran interés y llevó a la formación de un grupo de empresas, integrado por Xerox Corporation , Intel Corporation y Digital Equipment Corporation , que en 1978 llevó a la estandarización 802.3 y el 30 de septiembre de 1980 publicó la versión 1.0 del Estándar Ethernet (llamaron al sistema Ethernet inspirado en el éter luminífero , a través del cual alguna vez se pensó que se propagaba la radiación electromagnética).

Mientras tanto, Metcalfe dejó Xerox en 1979 para promover el uso de PC y LAN , razón por la cual fundó 3Com . Metcalfe atribuyó el éxito de 3Com a Jerry Saltzer , quien colaboró en la redacción de un artículo muy importante en el que sugería que la arquitectura token ring era teóricamente superior a Ethernet: por ello, las grandes empresas decidieron no centrarse en Ethernet mientras que 3Com pudo crear un negocio en torno al sistema y logró obtener una gran ventaja técnica y dominar el mercado cuando Ethernet se afianzó.

Posteriormente, el interés de las empresas del sector aumentó hasta el punto de que el IEEE formó algunos grupos de estudio destinados a perfeccionar y consolidar Ethernet, así como a crear muchos otros estándares relacionados. Uno de los logros fue la publicación, en 1985, de la primera versión del estándar IEEE 802.3 , basado en la especificación original de Ethernet, pero no totalmente identificable con ella. A partir de entonces, el estándar Ethernet como tal dejó de mantenerse, pero se sigue utilizando el término casi como si fuera un sinónimo de IEEE 802.3 , aunque los dos estándares no coinciden del todo.

Características

Con el tiempo, ha reemplazado en gran medida a las tecnologías LAN alámbricas de la competencia, como Token Ring , FDDI y ARCnet . El Ethernet 10BASE5 original usa cable coaxial como medio compartido, mientras que las nuevas variantes de Ethernet usan enlaces de par trenzado y fibra óptica en combinación con conmutadores de red. A lo largo de su historia, las tasas de transferencia de datos de Ethernet han aumentado desde los 2,9 megabits por segundo (Mbit/s) hasta los últimos 400 gigabits por segundo (Gbit/s). Los estándares de Ethernet incluyen varias variantes de cableado y señalización de la capa física OSI en uso con Ethernet.

Los sistemas que comunican esta tecnología dividen un flujo de datos en fragmentos más cortos llamados marcos; cada cuadro contiene direcciones de origen y destino y datos de verificación de errores para que los cuadros dañados puedan detectarse y descartarse; más a menudo, los protocolos de nivel superior desencadenan la retransmisión de tramas perdidas . Al igual que con el modelo OSI, Ethernet proporciona servicios hasta e incluyendo la capa de enlace de datos. Funciones como la dirección MAC de 48 bits y el formato de trama Ethernet han influido en otros protocolos de red, incluida la tecnología de redes inalámbricas Wi-Fi .

Desde el comienzo de su comercialización, ha mantenido una gran compatibilidad con versiones anteriores y se ha perfeccionado para admitir tasas de bits más altas y distancias de enlace más largas. Ethernet es actualmente el sistema LAN más popular por varias razones:

nació muy temprano y se extendió rápidamente, por lo que los lanzamientos de nuevas tecnologías como FDDI y ATM encontraron el campo ocupado;
en comparación con los sistemas de la competencia, es más barato y fácil de usar y la difusión de los componentes de hardware ha facilitado su adopción;
funciona bien y está sujeto a pocos problemas;
es adecuado para su uso con TCP/IP .

Marco

Aunque Ethernet tiene varios tipos, el elemento común está en la estructura del paquete Ethernet llamado marco , que se denomina DIX ( DEC , Intel , Xerox ) y se ha mantenido fiel a la versión original.

Esta es la trama de Ethernet , que es el paquete de datos creado en la capa de enlace de datos del modelo OSI . El marco consta de:

Preamble (preámbulo), de 7 bytes: cada uno de estos primeros 7 bytes tiene un valor de 10101010 y se utilizan para "despertar" los adaptadores del receptor y sincronizar los osciladores con los del transmisor. Por lo tanto el preámbulo se compondrá de la siguiente manera (en bits): 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010 - 10101010
Start Frame Delimiter (SFD), de 1 byte: este byte tiene valor 10101011 y la serie de los dos bits en 1 indica al destinatario que está llegando contenido importante; está protegido por violar el Código de Manchester ; realiza la misma función que el campo indicador de la trama HDLC ;
Dirección MAC de destino , 6 bytes: este campo contiene la dirección LAN del adaptador de destino; si la dirección no coincide, la capa física del protocolo la descarta y no la envía a las capas siguientes;
Dirección MAC de origen , de 6 bytes;
EtherType (campo de tipo), 2 bytes: este campo indica el tipo de protocolo de capa de red en uso durante la transmisión o, en el caso de tramas IEEE 802.3 , la longitud del campo de datos;
Payload (campo de datos), de 46 a 1500 bytes: contiene los datos reales, que pueden ser de longitud variable según la MTU de la Ethernet; si los datos superan la capacidad máxima, se dividen en varios paquetes , mientras que si los datos no alcanzan la longitud mínima de 46 bytes, se añade relleno (filler) de la longitud adecuada;
Frame Check Sequence (FCS), verificación de redundancia cíclica (CRC), de 4 bytes: permite detectar si hay errores de transmisión; en la práctica, el receptor calcula el CRC por medio de un algoritmo y lo compara con el recibido en este campo.

Es muy similar a la trama IEEE 802.3 , excepto por el campo Tipo, que en 802.11 se convierte en Tipo o Longitud y el campo Relleno para que la trama alcance los tamaños mínimo y máximo de 84 bytes y 1538 bytes respectivamente.

Dirección Ethernet

Estas direcciones también se denominan direcciones de hardware , direcciones MAC o direcciones MAC , o direcciones de capa 2.

Ethernet heredada

10 BASE 5 (500 metros);
10 BASE 2 (185 metros);
10 BASE T (100 metros).

Los Ethernet heredados tienen en común:

Arquitectura básica;
Parámetros de tiempo;
Formato de cuadro;
Proceso de Transmisión (Codificación Manchester);
Uso de 2 pares de hilos para transmisión-recepción.

Tipo de transmisión

La codificación utilizada para las señales binarias es la codificación Manchester .

Ethernet es una tecnología que proporciona un servicio sin conexión en la capa de red . En la práctica, el remitente envía la trama en la LAN sin ningún protocolo de enlace inicial en modo de difusión (o bus compartido ): la trama atraviesa toda la LAN y es recibida por todos los adaptadores presentes, pero solo lo hará el adaptador que reconoce su dirección de destino. recibirlo, mientras que todos los demás lo descartarán.

La trama recibida puede contener errores, la mayoría de los cuales son verificables mediante la comprobación de CRC . Se descarta una trama que no pasa la verificación de CRC. Ethernet no prevé la retransmisión de la trama rechazada , ni una notificación de su pérdida a las capas superiores. Por lo tanto, Ethernet no es confiable , pero gracias a eso es simple y económico. La tarea de proporcionar la retransmisión de las tramas perdidas se delega a las capas superiores (por ejemplo, el protocolo TCP ).

La gestión de colisiones y ocupación simultánea o compartida del canal de transmisión es gestionada por CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ). Una vez más, desde este punto de vista, Ethernet no puede garantizar la entrega de una trama , y mucho menos que la trama se entregue en un tiempo predecible.

En los sistemas Ethernet recientes, el problema no surge ya que con los conmutadores y el crecimiento de la capacidad (ver Gigabit Ethernet ) se eliminan las colisiones y la congestión es mucho menos probable. Por el contrario, en las redes "conmutadas" , pueden producirse pérdidas de tramas debido al tamaño limitado de los búferes en los dispositivos. Este fenómeno, que no ocurría con el CSMA/CD , en los casos más graves puede conducir a una disminución del rendimiento de la red en términos de rendimiento (por ejemplo: los mecanismos de control de congestión del TCP pueden intervenir tras la expiración del timeout , lo que provoca una degradación del rendimiento).

Eficiencia

La eficiencia se considera como la fracción del tiempo a largo plazo durante el cual se transmiten tramas sin colisiones con otros remitentes.

Ethernet utiliza un algoritmo de acceso a múltiples redes denominado CSMA/CD . Esto permite que Ethernet, bajo ciertas condiciones, tenga una eficiencia de transmisión del 100%.

En general, la fórmula de eficiencia de Ethernet es:

\ eta = {\ frac {1} {1 + {\ frac {2 \ cdot t _ {{prop}}} {p \ cdot t _ {{transm}}}}}} = {\ frac {1} { 1+ {\ frac {2 \ cdot l \ cdot R} {p \ cdot c \ cdot F}}}}

donde es el retardo de propagación , es el retardo de transmisión , es la probabilidad de transmisión sin colisiones (a menudo asintóticamente aproximada a ), es la longitud del dominio de colisión más grande en la red, es la tasa de bits de transmisión , es la velocidad de la ruta del medio de propagación e es el tamaño de la parcela . $t _ {{accesorio}}$ $t _ {{transmitir}}$ $pags$ ${\ fracción {1} {e}}$ $L$ $r$ $C$ $F.$

Se puede observar como, si se sustituyera un hub por un puente , la eficiencia aumentaría, ya que la longitud del dominio de colisión sería menor.

Cableado

Alfiler	Cp. T568A	Cp. T568B	cond.	Código de color T568A	Código de color T568B
1	3	2	1	blanco verde	blanco naranja
2	3	2	2	verde	naranja
3	2	3	1	blanco naranja	blanco verde
4	1	1	2	azul	azul
5	1	1	1	blanco azul	blanco azul
6	2	3	2	naranja	verde
7	4	4	1	marrón blanco	marrón blanco
8	4	4	2	Marrón	Marrón

Direct Cable (Primero)

Los cables rectos (o rectos) se utilizan para conexiones normales, por ejemplo, entre PC y conmutadores de red . Estos cables también se denominan parches .

Los cables de conexión pueden seguir dos esquemas de conexión diferentes: las conexiones son siempre pin a pin (es decir, el pin 1 de un conector está directamente conectado al pin 1 del otro conector , etc.), los dos esquemas difieren solo en la elección de diferentes colores para los pares 1-2 y 3-6.

Esquema T568A

Esquema T568B

Cable cruzado

Los cables cruzados (o crossover) se utilizan para conectar 2 PC entre sí sin usar hub / switch , o para conectar hubs / switches en cascada .

Tipos

Ethernet con repetidores y concentradores

Ethernet tiende a crecer, pero el cable Ethernet tiene una capacidad limitada tanto en longitud como en capacidad de tráfico, por lo que las grandes LAN se dividen en redes más pequeñas interconectadas por nodos particulares entre los que podemos encontrar repetidores , hubs o elementos más sofisticados como puentes o switches . reduciendo así el llamado dominio de colisión .

El repetidor simplemente replica la señal recibida . Por lo tanto, el cable Ethernet puede tomar longitudes más largas que sus capacidades. La única limitación es que entre dos ordenadores debe haber como máximo dos repetidores para salvaguardar la temporización del CSMA/CD .

Ethernet con puente y conmutador

El puente es un elemento de interconexión más sofisticado que el hub porque opera sobre tramas y no sobre señales eléctricas. Con este sistema, se pueden crear segmentos de LAN independientes donde se limitan las colisiones y los retrasos.

Muchos puentes son adaptativos o de aprendizaje , por lo que vienen con software con listas de direcciones para cada tarjeta Ethernet que tienen. De esta forma, cuando llega un marco , extrapolan la dirección de destino y envían el mismo marco en el segmento correcto en función de las listas asociadas a las tarjetas.

Mucho más sofisticados son los switches que están compuestos por una gran cantidad de tarjetas ethernet que permiten conectar cada host directamente. A continuación, se conectan uno o más cables Ethernet de alta velocidad al conmutador , conectando otros segmentos LAN .

De esta forma, el conmutador intercepta las tramas y las redirige a un host oa los segmentos de Ethernet. La gestión de las tramas , por tanto, se optimiza porque se redirigen inmediatamente al destino evitando, en la medida de lo posible, colisiones. De esta forma, cada carta tiene su propio dominio de colisión .

Ethernet sobre red de acceso y transporte

Ethernet se puede usar directamente como un protocolo de capa física en enlaces punto a punto en la red de acceso y dentro de ciertos límites en la red de transporte, es decir, dentro de ciertas longitudes de conexión, eliminando el protocolo de acceso múltiple anticolisión CSMA / CD (dominios de colisión faltantes) y manteniendo el embalaje típico. Esta solución se adapta bien al tráfico de paquetes e implica una simplificación de la arquitectura de la red al reemplazar el SDH .

Notas

^ Wayback Machine ( PDF ), en web.archive.org . Consultado el 20 de abril de 2022 (archivado desde el original el 22 de diciembre de 2018) .
^ La historia de Ethernet . Consultado el 20 de abril de 2022 .
^ Gerald W. Library Genesis, La segunda revolución de la información , Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 2003, ISBN 978-0-674-01178-6 . Consultado el 20 de abril de 2022 .
^ LLPeterson, BSDavie, Redes informáticas, Apogeo, Milán, 2004

Otros proyectos

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Enlaces externos

( EN ) Ethernet , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

( EN ) Trabajos relacionados con Ethernet , en Open Library , Internet Archive .