Ethernet

Ethernet

Con el paso del tiempo, Ethernet se ha convertido en el medio de acceso más conocido para equipos de sobremesa y se utiliza en entornos de red pequeños y grandes. Ethernet es un estándar que no pertenece a ninguna industria, y que ha tenido una gran aceptación por los fabricantes de hardware de red. Casi no existen problemas relacionados con la utilización de productos hardware para Ethernet de distintos fabricantes.

Orígenes de Ethernet

A finales de los sesenta la Universidad de Hawai desarrolló una WAN denominada ALOHA. (Una WAN extiende la tecnología de una LAN sobre un área geográfica más grande. La universidad ocupaba un área extensa y buscaba cómo conectar los equipos que estaban dispersos en el campus. Una de las características fundamentales de la red de la universidad era que utilizaba CSMA/CD como método de acceso.

Esta red fue la base para la arquitectura de red Ethernet actual. En 1972, Robert Metcalfe y David Boggs inventaron un esquema de cableado y comunicación en el Centro de Investigación de Xerox en Palo Alto (PARC) y en 1975 introdujeron el primer producto Ethernet. La versión original de Ethernet estaba diseñada como un sistema de 2.94 megabits por segundo (Mbps) para conectar unos 100 equipos sobre un cable de 1 kilómetro (0.62 millas).

La Ethernet de Xerox tuvo tanto éxito que Xerox, Intel Corporation y Digital Equipment Corporation diseñaron un estándar para Ethernet a 10 Mbps.

Especificaciones de Ethernet

En 1978, la Organización internacional de normalización (ISO) creó un conjunto de especificaciones para la conexión de dispositivos diferentes. Este conjunto de estándares se conoce como modelo de referencia OSI (OSI quiere decir Interconexión de Sistemas Abiertos). La especificación Ethernet realiza las mismas funciones que los niveles físico y de enlace de datos de este modelo. Estas especificaciones afectan a cómo se conecta el hardware y a cómo se intercambia la información. En la década de los ochenta el IEEE publicó el Proyecto 802. Este proyecto generó estándares para el diseño y compatibilidad de componentes hardware que operaban en los niveles físico y de enlace de datos. El estándar que pertenecía a Ethernet es la especificación 802.3 de IEEE.

Características de Ethernet

Actualmente, Ethernet es la arquitectura de red más popular. Esta arquitectura de banda base utiliza una topología en bus, normalmente transmite a 10 Mbps y utiliza CSMA/CD para regular el segmento de cable principal.

El medio Ethernet es pasivo, lo que significa que no requiere una fuente de alimentación, por lo que no fallará a no ser que el medio esté cortado físicamente o no esté terminado correctamente.

Aspectos básicos de Ethernet

Características básicas de Ethernet

  • Topologías: Bus lineal o bus en estrella

  • Tipo de arquitectura: Banda base.

  • Método de acceso: CSMA/CD.

  • Especificación: IEEE 802.3.

  • Velocidad de transferencia: 10 Mbps ó 100 Mbs.

  • Tipo de cable: Grueso, fino, UTP y STP

 El formato de trama de Ethernet

Ethernet divide los datos en paquetes en un formato que es diferente al de los paquetes de otras redes: Ethernet divide los datos en tramas. Se pueden utilizar los términos de «paquete» y «trama» de forma indistinta; en el contexto de Ethernet se utiliza el término de «trama». Una trama es un paquete de información transmitido como una unidad. Una trama Ethernet puede tener entre 64 y 1.518 bytes, pero la propia trama Ethernet necesita utilizar al menos 18 bytes; así pues, el tamaño de los datos de una trama Ethernet está entre 46 y 1.500 bytes. Cada trama contiene información de control y tiene la misma estructura básica.

Por ejemplo, la trama Ethernet II, utilizada por el Protocolo de control de transmisión/Protocolo Internet (TCP/IP), que se transmite a través de la red, consta de las secciones que aparecen en la siguiente tabla (TCP/IP se ha convertido en el estándar de hecho para la transmisión de datos en redes, incluyendo a Internet):

Componentes de una trama Ethernet II
  • Preámbulo: Indica el principio de la trama.

  • Destino y origen: Las direcciones de origen y destino.

  • Tipo: Se utiliza para identificar el protocolo del nivel de red, normalmente, IP o IPX (Intercambio de paquetes entre redes de Novell).

  • Comprobación de redundancia cíclica (CRC): Campo de comprobación de errores para determinar si la trama ha llegado sin errores.

Los estándares IEEE a 10 Mbps

Las redes Ethernet incluyen una variedad de alternativas de cableado y topologías. Existen cuatro topologías Ethernet de 10 Mbps:

  • 10BaseT.

  • 10Base2.

  • 10Base5.

  • 10BaseFL.

  • 10Broad36

Estándar 10BaseT

En 1990, el comité IEEE publicó la especificación 802.3 para Ethernet en par trenzado. El resultado, 10BaseT (10 Mbps, Banda base sobre par trenzado), es una red Ethernet que suele utilizar cable de par trenzado sin apantallar (UTP) para la conexión de equipos. Normalmente 10BaseT suele utilizar UTP, pero también se puede utilizar cable de par trenzado apantallado (STP) sin cambiar ninguno de los parámetros de 10BaseT.

La mayoría de las redes de este tipo están configuradas en forma de estrella, pero internamente utilizan un sistema de comunicación en bus como el de otras configuraciones Ethernet. Normalmente, el hub de una red 10BaseT sirve como un repetidor multipuerto y se suele situar en los armarios de conexiones del edificio. Cada equipo está colocado en el extremo de un cable que está conectado al hub. Cada equipo tiene dos pares de hilos; un par se utiliza para recibir datos y otro par se utiliza para transmitir datos.

La longitud máxima de un segmento 10BaseT es 100 metros (328 pies). Se pueden utilizar repetidores para aumentar esta limitación. La longitud mínima del cable entre equipos es de 2,5 metros (unos 8 pies). Una LAN 10BaseT puede gestionar 1.024 equipos.

El cable UTP permite la transmisión de datos a 10 Mbps. Es fácil realizar cambios cambiando un cable en el panel de conexiones. Un cambio en el panel de conexiones no afectará a otros dispositivos de la red; esto difiere de una red con bus Ethernet tradicional.

Los hubs más recientes permiten la conexión a tipos de cable Ethernet fino y grueso. De esta forma, también es fácil convertir el cable Ethernet grueso a cable 10BaseT conectando un transceiver mini 10BaseT al puerto AUI de la tarjeta de red.

Resumen de las especificaciones de 10BaseT:

  • Cable: UTP Categoría 3, 4 ó 5.

  • Conectores: RJ-45 al final del cable.

  • Transceiver: Cada equipo necesita uno; algunas tarjetas lo tienen incorporado.

  • Distancia del transceiver al hub: Máximo de 100 metros (328 pies).

  • Backbones para los hubs: Cable coaxial o de fibra óptica para unir grandes redes locales o para cargar con el tráfico entre redes más pequeñas.

  • Número total de equipos por LAN sin componentes de conectividad: 1024 por especificación.

Estándar 10Base2

Otra topología es 10Base2, y se da este nombre a la especificación 802.3 de IEEE porque transmite a 10 Mbps en un hilo de banda base y puede llevar una señal hasta casi el doble de 100 metros (la distancia actual es de 185 metros).

Este tipo de red utiliza cable coaxial fino, que tiene un segmento de red máximo de 185 metros (607 pies) y una longitud mínima de 0,5 metros entre estaciones. También existe la limitación de hasta 30 equipos por segmento de 185 metros.

Entre los componentes del cableado con cable fino están:

  • Conectores BNC de barril.

  • Conectores BNC T.

  • Terminadores BNC.

El cableado con cable fino normalmente utiliza una topología de bus local. Los estándares de IEEE para cable fino no permiten la utilización de un cable transceiver del conector T del bus al equipo. En su lugar, se conecta directamente el conector T a la NIC.

Se puede utilizar un conector BNC de barril para conectar los segmentos de cable fino y poder extender la longitud del cable. Por ejemplo, si necesita una longitud de cable para nueve metros de largo, pero sólo tiene uno de 7,5 metros y otro de 1,5 metros de cable fino, puede unir los dos segmentos de cable con un conector BNC de barril. Sin embargo, la utilización de conectores de barril debe evitarse en la medida de lo posible ya que cada conexión reduce la calidad de la señal y añade el riesgo de la separación y desconexión.

Una red de cable fino es una forma económica de dar soporte a un departamento pequeño o a un grupo de trabajo. El cable que se utiliza para este tipo de redes es:

  • Relativamente barato.

  • Fácil de instalar.

  • Fácil de configurar.

Una red de cable fino puede soportar hasta 30 nodos (equipos y repetidores) por segmento de cable, como por la especificación 802.3.

La regla 5-4-3

Una red de cable fino puede combinar hasta cinco segmentos de cable conectados por cuatro repetidores; pero sólo puede hacer tres segmentos con estaciones conectadas. A los dos segmentos que no se pueden utilizar se les conoce como «enlaces entre repetidores». Esto se conoce como la regla 5-4-3.

Debido a que los límites de Ethernet son demasiado estrictos para proyectos de cierta envergadura, se pueden utilizar repetidores para unir segmentos Ethernet y ampliar la longitud total de la red a 925 metros.

Resumen de las especificaciones 10Base2
  • Longitud máxima del segmento: 185 metros.

  • Conexión a la tarjeta de red: Conector BNC T.

  • Segmentos y repetidores: Se pueden unir cinco segmentos utilizando cuatro repetidores.

  • Equipos por segmento: 30 equipos por segmento por especificación.

  • Segmentos que pueden tener equipos: Se pueden utilizar equipos en tres de los cinco segmentos.

  • Longitud máxima total de la red: 925 metros.

Estándar 10Base5

La especificación de IEEE para esta topología es de 10 Mbps y segmentos de 500 metros (cinco veces 100 metros). También se denomina Ethernet estándar.

Esta topología hace uso del cable coaxial grueso. Normalmente, el cable grueso utiliza una topología en bus y puede soportar hasta 100 nodos (estaciones, repetidores y demás) por segmento backbone. El backbone, o segmento principal, es el cable principal desde el que se conectan los cables de los transceivers a las estaciones y repetidores. Las distancias y tolerancias para cable grueso son mayores que las de cable fino: un segmento de cable grueso puede tener hasta 500 metros y una longitud máxima de la red de 2.500 metros.

Entre los componentes de un cableado con cable grueso se incluyen:

  • Transceivers. Se trata de dispositivos que pueden enviar y recibir, proporcionar comunicación entre el equipo y el cable principal de la LAN, y están situados en las conexiones de los vampiros sobre el cable.

  • Cables de transceiver. El cable que conecta el transceiver a la NIC.

  • Conectores DIX (o AUI). Estos son los conectores del cable del transceiver.

  • Conectores serie, incluyendo N conectores de barril y N terminales serie. Los componentes del cable grueso funcionan de la misma forma que los componentes del cable fino.

AUI son unas siglas que significan Interfaz de conexión de unidad y es un conector de 15 pines (DB-15) que se suele utilizar para conectar una tarjeta de red a un cable Ethernet.

La regla 5-4-3 para cable grueso

En una red Ethernet con cable grueso puede tener un máximo de cinco segmentos backbone conectados utilizando repetidores (basados en la especificación IEEE 802.3), de los cuales sólo tres pueden tener equipos conectados. La longitud de los cables de los transceivers no se utiliza para medir la distancia permitida por el cable grueso; sólo se utiliza la propia longitud del cable grueso desde un extremo hasta el otro.

Entre dos conexiones, la longitud mínima del segmento de cable es de 2,5 metros. El cable grueso se diseñó para soportar un backbone para un departamento grande en un edificio.

Resumen de las especificaciones 10base5
  • Longitud máxima del segmento: 500 metros.

  • Transceivers: Conectados al segmento (en la conexión).

  • Distancia máxima entre el equipo y el transceiver: 50 metros.

  • Distancia mínima entre transceivers: 2,5 metros.

  • Segmentos y repetidores: Se pueden unir cinco segmentos utilizando cuatro repetidores.

  • Segmentos que pueden tener equipos: Se pueden conectar equipos en tres de los cinco segmentos.

  • Longitud total máxima de los segmentos unidos: 2.500 metros.

  • Número máximo de equipos por segmento: 100 por especificación.

Combinación de cable grueso y cable fino

En redes de tamaño considerable es frecuente combinar cables Ethernet grueso y fino. El cable grueso es bueno para backbones, mientras que el cable fino se suele utilizar para segmentos secundarios o ramas. Esto significa que el cable grueso es el cable que se suele utilizar para distancias largas. El cable grueso tiene un núcleo de cobre más grueso y puede, por tanto, llevar señales a una distancia mayor que el cable fino. El transceiver se conecta al cable grueso y el conector AUI del cable del transceiver se conecta a un repetidor. Las ramas de cable fino se conectan al repetidor y conectan los equipos a la red.

Estándar 10BaseFL

El comité de IEEE publicó una especificación para Ethernet en cable de fibra óptica El resultado, 10 BaseFL (10 Mbps, banda base sobre cable de fibra óptica) es una red Ethernet que suele utilizar cable de fibra óptica para conectar los equipos y los repetidores.

La principal razón para utilizar 10BaseFL es para trabajar con cables largos entre repetidores, como puede ser entre edificios.

  • Longitud máxima del segmento: 2.000 metros.

  • Número máximo de nodos por segmento: 2

  • Atenuación máxima: 3,75 dB/km para las transmisiones con una longitud de onda de 850 nm; 1,5 dB/km para transmisiones en 1300 nm

  • Número máximo de segmentos: 1.024

  • Número máximo de segmentos con nodos: 1.024

  • Número máximo de concentradores (hub) encadenados: 4

Estándar 10Broad36

10Broad36 soporta un ratio de transmisión de 10 Mb/s y utiliza un cable de banda ancha. 36 hace referencia a la distancia máxima en metros (3600) soportada entre dos estaciones. El cable de banda ancha usado con 10Broad36 es el mismo cable coaxial usado por el sistema de televisión por cable (CATV).

El sistema de cable de banda ancha soporta la transmisión de múltiples servicios sobre un sólo cable dividiendo cada banda por frecuencias separadas, asignando cada frecuencia a un servicio. Esta es la técnica es la utilizada en el sistema de transmisión de TV por cable donde cada canal usa una frecuencia distinta. Esta capacidad es la que permite a 10Broad36 compartir el cable con otro tipo de servicio como el vídeo.

Otra de las ventajas de 10Broad36 es que soporta distancias de transmisión de la  señal mayores que otro tipo de señales de banda base sobre cable coaxial como 10Base5 y 10Base2. Un sólo segmento de 10Broad36 puede tener 1800 m. de longitud. Todas las redes basadas en 10Broad36 tienen que tener un terminador (head end). El terminador puede estar al final de de un único segmento o al principio de múltiples segmentos. Si unimos varios segmentos podemos alcanzar una distancia total de 3600 m.

10Broad36 conecta las estaciones de trabajo al cable central a través de conectores AUI y la distancia máxima al Back-Bone es de 50 m. por lo que técnicamente es posible obtener una distancia máxima de 3700 m..

El sistema de transmisión en banda ancha se diferencia del sistema de transmisión en banda base en el flujo de transmisión de la señal. La señal en banda ancha viaja en un sólo sentido, el flujo es unidireccional, al contrario que en banda base que es bidireccional. Para que las señales alcancen todos los dispositivos en la red, debe haber dos caminos para el flujo de los datos. Esto puede lograrse a través de un solo “cable” o de una configuración de “cable dual”.

  • En la configuración de un sólo cable, la transmisión se produce sobre dos canales, cada uno con un rango de frecuencia distinto. Un canal se utiliza para transmitir la señal y otro para recibirla. Cuando la señal se transmite viaja hasta el terminador. El terminador incluye un conversor de frecuencia que cambia la frecuencia de la señal y la re-transmite en la dirección opuesta a lo largo del mismo cable. La señal se recibe entonces por todos los dispositivos en el cable.

  • En una configuración de cable dual, cada estación se conecta a dos cables, uno de ellos se utiliza para transmitir y la señal llega hasta el terminador por donde continua hasta el otro cable sin cambiar la frecuencia,. La señal puede recibirse por todos los dispositivos a través de este segundo cable.

Cuando se introdujo 10Broad36 ofrecía la ventaja de soportar una mayor longitud de segmentos que 10Base5 y 10Base2. Pero esta ventaja disminuyó con la introducción de la fibra FOIRL y del estándar 10Base-F, ya que 10Broad36 no soporta el sistema de trabajo Full-duplex.

Características de 10Broad36:

  • Ratio de transmisión: 10 Mb/s (no soporta full-duplex)

  • Tipo de cable: coaxial 75 Ohmios (Cable banda ancha CATV)

  • Longitud máxima del segmento: 1.800 metros.

  • Longitud máxima de múltiples segmentos: 3.600 m.

  • Sistema de señal: Frecuencia modulada (RF)

Los estándares IEEE a 100 Mbps

En la actualidad los estándares IEEE a 10 Mbps se están viendo rápidamente reemplazados por los estándares IEEE a 100 Mbps, que incluyen la posibilidad de atender a aplicaciones que requieren un ancho de banda elevado como:

  • Diseño asistido por equipo (CAD).

  • Fabricación asistida por equipo (CAM).

  • Vídeo.

  • Almacenamiento de imágenes y documentos.

Dos estándares Ethernet que se ajustan a estas nuevas demandas son:

  • Ethernet 100BaseVG-AnyLAN.

  • Ethernet 100BaseX (Fast Ethernet).

Tanto Ethernet 100BaseVG-AnyLAN como Fast Ethernet son entre 5 y 10 veces más rápidos que las Ethernet estándar. Además, son bastante compatibles con el cableado de 10Base T. Esto significa permitir actualizaciones plug and play a instalaciones 10BaseT existentes.

Estándar 100VG-AnyLAN

El 100VG (calidad de voz) AnyLAN es una tecnología de red emergente que combina elementos de las arquitecturas Ethernet y Token Ring. Originalmente fue desarrollada por Hewlett-Packard, y ahora está siendo refinada y comprobada por el comité 802.12 de la IEEE. La especificación 802.12 es un estándar para la transmisión de tramas Ethernet 802.3 y paquetes Token Ring 802.5.

A esta tecnología se la conoce con cualquiera de los nombres siguientes y todos se refieren al mismo tipo de red:

  • 100VG-AnyLAN.

  • 100Base VG.

  • VG.

  • AnyLAN.

Especificaciones

Algunas de las especificaciones actuales de la 100VG-AnyLAN incluyen:

  • Una tasa mínima de 100 Mbps.

  • La posibilidad de soportar topologías en estrella en cascada con cables de par trenzado de Categoría 3, 4 y 5 y con fibra óptica.

  • El método de acceso de prioridad de demandas que permita dos niveles de prioridad (alta y baja).

  • La posibilidad de permitir una opción de filtrado de tramas en hub para aumentar la privacidad.

  • Soporte para tramas Ethernet y paquetes Token Ring.

Topología

Una red 100VG-AnyLAN está construida en una topología en estrella en la que todos los equipos están conectados a un hub y estos a un hub padre o central. Si añadimos hubs hijo al hub central podemos ampliar la red. Los hubs hijo actúan como equipos para los hubs padre. Los hubs padre controlan la transmisión de los equipos conectados a sus hijos.

Consideraciones

Esta topología requiere sus propios hubs y sus propias tarjetas. Además, las longitudes de los cables 100BaseVG están limitadas respecto a 10BaseVG y otras implementaciones de Ethernet. La longitud máxima de cable desde el hub 100BaseVG a un equipo no puede superar los 250 metros (unos 820 pies). Si queremos aumentar este límite necesitamos un equipamiento especial que se utiliza para aumentar el tamaño de una LAN. Estos límites de longitud de cable se traducen en que 100BaseVG necesita más armarios de conexiones que 10BaseVG.

Estándar Ethernet 100BaseX

Este estándar, a veces denominado Fast Ethernet, es una extensión del estándar Ethernet existente. Utiliza cable UTP de Categoría 5 y utiliza CSMA/CD en una topología de bus en estrella, similar a 10BaseT, donde todos los cables están conectados a un hub.

Especificaciones del medio

100BaseX incorpora tres especificaciones para el medio:

  • 100BaseT4 (UTP de Categoría 3, 4, o 5 de 4 pares).

  • 100BaseTX (UTP de Categoría 5 de 2 pares o STP).

  • 100BaseFX (cable de fibra óptica de dos hilos).

Especificaciones del medio 100BaseX

Valor  Representa Significado actual
100 Velocidad de transmisión 100 Mbps.
Base Tipo de señal Banda base.
T4 Tipo de cable

Indica que se trata de cable de par trenzado utilizando cuatro pares de los utilizados en transmisión telefónica.

TX Tipo de cable

Indica que se trata de cable de par trenzado utilizando dos pares de los utilizados en transmisión de datos.

FX Tipo de cable

Indica que se trata de un enlace de fibra óptica que utiliza un cable de fibra óptica de dos hilos de fibra.

Consideraciones de rendimiento

La arquitectura Ethernet puede utilizar varios protocolos de comunicación y puede conectar entornos de computación diversos como NetWare, UNIX, Windows y Macintosh.

Segmentación

Se puede aumentar el rendimiento de Ethernet dividiendo un segmento con muchas conexiones en dos segmentos con menos conexiones y uniéndolos con un bridge o con un router. Esto reduce el tráfico en cada segmento. Debido a que en cada segmento hay menos equipos intentando transmitir, aumenta el rendimiento.

Considere la división en segmentos si aumenta el número de equipos conectados a la red o si hay nuevas aplicaciones que demandan un ancho de banda elevado, como son los programas de bases de datos o de vídeo.

Sistemas operativos de red en Ethernet

Ethernet trabaja con los sistemas operativos de red más populares:

  • Microsoft Windows 95, Windows 98 y Windows ME.

  • Microsoft Windows NT Workstation y Windows NT Server.

  • Microsoft Windows 2000 Professional y Windows 2000 Server.

  • Microsoft LAN Manager.

  • Microsoft Windows para trabajo en grupo.

  • Novell NetWare.

  • IBM LAN Server.

  • AppleShare.

  • UNIX.

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