Serie 101: ethernet vuelve a lo básico
31 de julio de 2019 / General, 101 aprendizaje, norma y certificación, redes industriales
Han transcurrido más de 40 años desde que Bob Metcalfe publicó este sencillo diagrama que explica su invención para interconectar ordenadores e impresoras en el Centro de Investigación de Xerox en Palo Alto, California. Su sistema patentado de conexión de datos multipunto con detección de colisiones luego se conoció como Ethernet.
Desde la invención de Ethernet y la capacidad de los ordenadores para comunicar y compartir información, nuestro mundo ha cambiado mucho. Si usted es tan viejo como yo, ha presenciado cómo sucedió todo, desde el correo electrónico e Internet hasta el teléfono móvil y las redes sociales. Con Ethernet como la elección de facto para transmitir datos, muchos de nosotros podemos dar su funcionalidad por sentado sin comprender realmente cómo funciona.
Tramos
Ethernet envía información hacia y desde dispositivos en tramos que suelen variar en tamaño de 64 a 1518 bytes. Asimismo, hay tramos ampliados (o gigantes) para enviar mayores cantidades de datos, ya que el procesamiento de datos en un solo tramo es más eficiente que tener que dividirlos en varios tramos más pequeños.
Los tramos de Ethernet incluyen un preámbulo que indica que el tramo está viniendo y permite al remitente y al receptor establecer una conexión. El delimitador de tramo de inicio (SFD), a menudo considerado parte del preámbulo, es un campo de un byte que simplemente indica el inicio del tramo.
Dos de las partes más importantes del tramo de Ethernet son las direcciones de destino y de origen que contienen la dirección MAC del dispositivo para el que se destinan los datos y la dirección MAC del dispositivo que envió los datos. Las direcciones MAC (Media Access Control) son números de identificación únicos integrados en las tarjetas de interfaz de red de todos los dispositivos de la red.
El campo Longitud del tramo simplemente indica al dispositivo receptor cuán grande es el tramo. El campo Datos contiene los datos reales que se transmiten (también a veces denominados “Carga”). La última parte del tramo es la CRC (comprobación de redundancia cíclica), que incluye la secuencia de verificación de tramos utilizada para descubrir cualquier dato corrupto.
Desde aquí hasta allí
Para transmitir tramos de un dispositivo a otro, Ethernet utiliza acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisiones (CSMA/CD).
En términos sencillos, la detección de portadora es la detección de la red y cualquier señal que se transmita para que un dispositivo sepa cuándo está autorizado para enviar. El acceso múltiple describe el hecho de que todos los dispositivos de la red reciben todos los tramos y comprueban la dirección de destino. La detección de colisiones es la capacidad de un dispositivo de reconocer que ha intentado transmitir información al mismo tiempo que otro dispositivo, dejar de transmitir y volver a transmitir cuando pueda hacerlo. Estas retransmisiones utilizan una pausa aleatoria y vuelven a intentar para evitar que los dispositivos sigan colisionando.
Aunque el primer dibujo de Ethernet de Metcalfe con solo unos pocos dispositivos era bastante factible, a medida que la cantidad de dispositivos que intentan transmitir en un único segmento de red aumenta, las colisiones aumentan, las redes se congestionan y la transmisión se ralentiza. Para reducir la congestión, los segmentos de red deben dividirse en varios segmentos que compartan información entre sí. Aquí es donde los switches entran en escena.
Los switches Ethernet recogen cada transmisión Ethernet y la reenvían a lo largo del segmento correspondiente (es decir, enlace) a la dirección de destino. Esto es lo que permite que varios dispositivos de una red se comuniquen simultáneamente. Con la conmutación Ethernet también se pudo enviar y recibir datos al mismo tiempo mediante el uso de Ethernet de dúplex lleno. Dado que los dispositivos de una red conmutada moderna solo se comunican con el switch y no entre sí, ya no existe la necesidad de que la mayoría de los dispositivos detecten colisiones.
Tramos, paquetes y niveles
Con respecto a la transmisión Ethernet, los términos “tramo” y “paquete” suelen utilizarse de forma intercambiable. Sin embargo, no son iguales. Los tramos se utilizan para transmitir información entre dos nodos en la misma red utilizando una dirección MAC y se generan en el nivel 2 del modelo OSI. En cambio, los paquetes se generan en el nivel 3 y se utilizan para transmitir información entre distintas redes.
Si no está familiarizado con el modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI), es el marco de 7 niveles que describe cómo funciona una red. Empezando por la parte superior, el nivel 7 es el nivel de aplicación, que es esencialmente lo que ve el usuario (piense en MS Office). El nivel 6 es el nivel de presentación, en el que se preparan los datos para el formato de red (piense en la encriptación). El nivel 5 es el nivel de sesión, en el que se configuran dos nodos para comunicarse entre sí. El nivel 4 es el nivel de transporte, que coordina la transmisión de datos y determina la velocidad de los datos y garantiza una transmisión sin errores. El nivel 3 es el nivel de red, donde los paquetes se enrutan a diversas redes. El nivel 2 es la capa de enlace de datos, donde la información se envía desde un dispositivo a otro utilizando direcciones MAC y conmutación. Y por último, pero no menos importante, el nivel 1 es el nivel físico, que incluye los medios físicos necesarios para la transmisión (por ejemplo, cable y radiofrecuencia), así como todos sus requisitos, incluidos disposiciones de pines, tensiones, parámetros de rendimiento y mucho más.
En caso de que se lo esté preguntando, el protocolo de Internet (IP) utiliza paquetes que se transmiten en el nivel 3. Los tramos de Ethernet se encapsulan dentro de paquetes IP al incluir información adicional en el campo de datos que incluye direcciones IP. Una vez que el paquete alcance su switch de red, el nivel 2 toma el mando y transmite tramos en función de la dirección MAC individual del dispositivo. Piénselo de esta manera: una dirección IP identifica un dispositivo en Internet, por lo que se transmite como un paquete en el nivel 3. Si varios dispositivos residen en la misma red, una parte de su dirección IP será la misma. Las direcciones IP también pueden cambiar cuando un dispositivo se traslada a una red diferente. Las direcciones MAC identifican la tarjeta de red individual real de un dispositivo y se transmiten como tramos en el nivel 2. Los diversos dispositivos que residen en la misma red no tendrán direcciones MAC que se asemejen entre sí de manera alguna. Las direcciones MAC son establecidas por el fabricante y nunca cambian.
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