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Ethernet

Marzo 2015

Introducción a Ethernet

Ethernet (también conocido como estándar IEEE 802.3) es un estándar de transmisión de datos para redes de área local que se basa en el siguiente principio:

Todos los equipos en una red Ethernet están conectados a la misma línea de comunicación compuesta por cables cilíndricos.

Se distinguen diferentes variantes de tecnología Ethernet según el tipo y el diámetro de los cables utilizados:

  • 10Base2: el cable que se usa es un cable coaxial delgado, llamado thin Ethernet.
  • 10Base5: el cable que se usa es un cable coaxial grueso, llamado thick Ethernet.
  • 10Base-T: se utilizan dos cables trenzados (la T significa twisted pair) y alcanza una velocidad de 10 Mbps.
  • 100Base-FX: permite alcanzar una velocidad de 100 Mbps al usar una fibra óptica multimodo (la F es por Fiber).
  • 100Base-TX: es similar al 10Base-T pero con una velocidad 10 veces mayor (100 Mbps).
  • 1000Base-T: utiliza dos pares de cables trenzados de categoría 5 y permite una velocidad de 1 gigabite por segundo.
  • 1000Base-SX: se basa en fibra óptica multimodo y utiliza una longitud de onda corta (la S es por short) de 850 nanómetros (770 a 860 nm).
  • 1000Base-LX: se basa en fibra óptica multimodo y utiliza una longitud de onda larga (la L es por long) de 1350 nanómetros (1270 a 1355 nm).

Abreviatura Nombre Cable Conector Velocidad Puertos
10Base2 Ethernet delgado (Thin Ethernet) Cable coaxial (50 Ohms) de diámetro delgado BNC 10 Mb/s 185 m
10Base5 Ethernet grueso (Thick Ethernet) Cable coaxial de diámetro ancho (10,16 mm) BNC 10Mb/s 500 m
10Base-T Ethernet estándar Par trenzado (categoría 3) RJ-45 10 Mb/s 100 m
100Base-TX Ethernet veloz (Fast Ethernet) Doble par trenzado (categoría 5) RJ-45 100 Mb/s 100 m
100Base-FX Ethernet veloz (Fast Ethernet) Fibra óptica multimodo (tipo 62,5/125)   100 Mb/s 2 km
1000Base-T Ethernet Gigabit Doble par trenzado (categoría 5) RJ-45 1000 Mb/s 100 m
1000Base-LX Ethernet Gigabit Fibra óptica monomodo o multimodo   1000 Mb/s 550 m
1000Base-SX Ethernet Gigabit Fibra óptica multimodo   1000 Mbit/s 550 m
10GBase-SR Ethernet de 10 Gigabits Fibra óptica multimodo   10 Gbit/s 500 m
10GBase-LX4 Ethernet de 10 Gigabits Fibra óptica multimodo   10 Gbit/s 500 m

Ethernet es una tecnología muy usada ya que su costo no es muy elevado.

El principio de transmisión

Todos los equipos de una red Ethernet están conectados a la misma línea de transmisión y la comunicación se lleva a cabo por medio de la utilización un protocolo denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect que significa que es un protocolo de acceso múltiple que monitorea la portadora: detección de portadora y detección de colisiones).

Con este protocolo cualquier equipo está autorizado a transmitir a través de la línea en cualquier momento y sin ninguna prioridad entre ellos. Esta comunicación se realiza de manera simple:

  • Cada equipo verifica que no haya ninguna comunicación en la línea antes de transmitir.
  • Si dos equipos transmiten simultáneamente, entonces se produce una colisión (o sea, varias tramas de datos se ubican en la línea al mismo tiempo).
  • Los dos equipos interrumpen su comunicación y esperan un período de tiempo aleatorio, luego una vez que el primero ha excedido el período de tiempo, puede volver a transmitir.

Este principio se basa en varias limitaciones:

  • Los paquetes de datos deben tener un tamaño máximo.
  • Debe existir un tiempo de espera entre dos transmisiones.

El tiempo de espera varía según la frecuencia de las colisiones:

  • Luego de la primera colisión, un equipo espera una unidad de tiempo.
  • Luego de la segunda colisión, un equipo espera dos unidades de tiempo.
  • Luego de la tercera colisión, un equipo espera cuatro unidades de tiempo.
  • ... Por supuesto, con una cantidad menor de tiempo aleatorio adicional.

Ethernet conmutada

La topología de Ethernet descripta hasta ahora ha sido la de Ethernet compartida (cualquier mensaje transmitido es escuchado por todos los equipos conectados y el ancho de banda disponible es compartido por todos los equipos).

Durante muchos años se ha dado un desarrollo importante: la Ethernet conmutada.
La topología física sigue siendo la de una estrella pero está organizada alrededor de un conmutador. El conmutador usa mecanismos de filtrado y conmutación muy similares a los utilizados por las puertas de enlace donde se han utilizado estas técnicas por mucho tiempo.

Inspecciona las direcciones de origen y destino de los mensajes, genera una tabla que le permite saber qué equipo se conecta a qué puerto del conmutador (en general este proceso se hace por auto aprendizaje, es decir, de manera automática pero el administrador del conmutador puede realizar ajustes adicionales).

Al conocer el puerto receptor, el conmutador sólo transmitirá el mensaje al puerto adecuado mientras que los otros puertos permanecerán libres para otras transmisiones que pueden ser realizadas simultáneamente.
Como resultado, cada intercambio puede llevarse a cabo a una velocidad nominal (mayor división de ancho de banda), sin colisiones y con un aumento considerable en el ancho de banda de la red (también a una velocidad nominal).

Con respecto a saber si todos los puertos de un conmutador pueden comunicarse al mismo sin perder los mensajes, eso es algo que depende de la calidad del conmutador (non blocking switch).

Dado que los conmutadores posibilitan evitar colisiones y que las tecnologías 10/100/1000 base T(X) cuentan con circuitos separados para la transmisión y la recepción (un par trenzado por dirección de transmisión), la mayoría de los conmutadores modernos permiten desactivar la detección y cambiar a modo full dúplex (bidireccional) en los puertos. De esta forma, los equipos pueden transmitir y recibir al mismo tiempo, lo que también contribuye al rendimiento de la red.
El modo full dúplex es interesante, en especial, para los servidores que poseen muchos clientes.

Los conmutadores Ethernet modernos también detectan la velocidad de transmisión que cada equipo utiliza (autosensing) y si el equipo admite varias velocidades (10, 100 o 1000 megabits/seg.) comienza a negociar con él para seleccionar tanto una velocidad como el modo de transmisión: semi dúplex o full dúplex. Esto permite contar con un almacenamiento de equipos con distintos rendimientos (por ejemplo, un conjunto de equipos con varias configuraciones hardware).

Como el tráfico transmitido y recibido ya no se transmite a todos los puertos, se hace más difícil rastrear lo que está pasando. Esto contribuye a la seguridad general de la red, que es un tema de suma importancia en la actualidad.

Por último, el uso de conmutadores hace posible la construcción de redes geográficamente más grandes. En la Ethernet compartida, un mensaje debe poder esperar a cualquier otro equipo durante un período de tiempo específico (slot time) sin el cual el mecanismo de detección de colisiones (CSMA/CD) no funcione correctamente.
Esto ya no se aplica en los conmutadores Ethernet. La distancia ya no es limitada, excepto por los límites técnicos del medio utilizado (fibra óptica o par trenzado, la potencia de la señal transmitida y la sensibilidad del receptor, etcétera).

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