Ethernet: Evolución y Estándares

Ethernet es una especificación de red que utiliza distintos cables para transmitir datos. Inicialmente, se utilizaban cables coaxiales compartidos, donde solo una estación podía transmitir a la vez. Posteriormente, se desarrollaron cables de par trenzado y se implementaron dispositivos como switches, permitiendo mayor velocidad y capacidad de transmisión simultánea.

Se han creado diferentes estándares de Ethernet, como:

• 10Base5 y 10Base2: Utilizaban cables coaxiales gruesos y delgados, respectivamente.
• Fast Ethernet (100 Mbps): Utiliza cables de par trenzado.
• Gigabit Ethernet (1000 Mbps): Utiliza cables de par trenzado.
• Estándares para fibra óptica, como 100BaseFX y 1000BaseLX.

Los avances en la tecnología Ethernet han permitido velocidades de transmisión cada vez más rápidas, como el 10 Gigabit Ethernet y el 10 Gigabit Ethernet sobre fibra. Estos estándares se utilizan en redes corporativas y de telecomunicaciones.

En resumen, Ethernet es una tecnología de red que ha evolucionado a lo largo de los años, utilizando diferentes tipos de cables y estándares para proporcionar mayor velocidad y capacidad de transmisión de datos.

Estructura de la Trama Ethernet

La trama de Ethernet consta de varios campos:

• Preámbulo: Sincroniza los relojes entre los equipos.
• Direcciones MAC: De origen y destino.
• Longitud o Tipo: Indica el tamaño de los datos o el tipo de protocolo de capa superior.
• Datos: Deben tener un tamaño entre 46 y 1500 bytes. Si se envían menos de 46 bytes, se utilizan bytes de padding para completar el campo.
• Código de Redundancia Cíclica (CRC): Permite detectar errores en el mensaje.

El estándar de Ethernet amplía el formato original al incluir el tipo de protocolo en los dos bytes de longitud o tipo, lo cual permite identificar el protocolo al que pertenecen los datos.

Dirección MAC: Identificador Único en Redes

La dirección MAC es un identificador único de 48 bits (o 6 grupos de dos caracteres hexadecimales) que corresponde a una tarjeta o dispositivo de red. Viene predefinida de fábrica y es única e irrepetible para cada dispositivo a nivel mundial.

• Parte de la dirección MAC identifica al fabricante (OUI – Organizationally Unique Identifier).
• El resto de la dirección puede determinar el modelo del dispositivo.

Es posible ver la dirección MAC de las interfaces de red en un equipo con Windows utilizando el comando ipconfig /all en el CMD (Símbolo del sistema).

Cualquier dispositivo conectado a una red local está perfectamente identificado por su dirección MAC. Esta dirección es necesaria para identificar y comunicarse con otros dispositivos en la red.

Switches: Funcionamiento y Tipos

Un switch es un dispositivo que conecta varios equipos y permite la transmisión de datos a través de la dirección MAC. Su función principal es almacenar y utilizar una tabla (tabla CAM) para reenviar el tráfico. El switch dirige los datos en función del puerto de entrada y la dirección MAC de destino que se encuentra en la trama Ethernet.

Para crear una red LAN por cables, se requiere un switch. Este dispositivo administra una tabla que relaciona la dirección MAC de un equipo con el puerto al que está conectado. Antes de transmitir una trama, el switch necesita conocer qué dispositivos están conectados a cada puerto. Inicialmente, esta tabla está vacía y debe ser llenada por el dispositivo mediante el aprendizaje de las conexiones.

Entradas en la Tabla CAM (Content Addressable Memory)

Cuando una trama llega a un switch:

1. Si la dirección MAC de origen no está en la tabla, se agrega junto con el número de puerto entrante.
2. Si la dirección MAC de origen ya existe, se actualiza un temporizador para esa entrada.
3. Si la dirección MAC de destino no está en la tabla, el switch reenvía la trama por todos los puertos excepto por el de entrada (flooding).
4. Los equipos que reciben la trama la procesan y, si la dirección MAC de destino no coincide con la suya, descartan el mensaje.
5. Si la dirección MAC de destino está en la tabla, el switch sabe por qué puerto enviar el mensaje y lo dirige solo a ese destinatario (forwarding).
6. El switch va llenando su tabla CAM con las direcciones MAC de origen que lee de las tramas que llegan por sus puertos.
7. Si un equipo desea enviar un mensaje a toda la red, se utiliza una dirección de difusión (broadcast) en el campo de dirección destino (FF:FF:FF:FF:FF:FF), y el switch envía ese mensaje por todos los puertos restantes sin necesidad de consultar su tabla.

Tipos de Switches

• Según Velocidad de Conexión:
  • 1 Gb (100 Mb/s)
  • 2,5 Gb (250 Mb/s)
  • 5 Gb (500 Mb/s)
  • 10 Gb (1000 Mb/s)
• Según Gestión:
  • Switch Gestionable: Permite crear VLANs, configurar QoS (priorizar tráficos), IGMP, LACP (agregación de puertos), entre otras funciones avanzadas.
  • Switch No Gestionable: No ofrece opciones de configuración.
• Tipos de Conexión:
  • Categoría 6a o superior: 10 Gb, RJ45, RJ45 T
  • SFP: Fibra 1 Gbps
  • SFP+: Fibra (10 Gbps)

Los switches gestionables ofrecen más control y configuración de la red, pero son más costosos.

El switch no crea directamente la tabla ARP. El protocolo ARP (Address Resolution Protocol) se encarga de resolver direcciones IP a direcciones MAC. Sin embargo, el switch *aprende* las direcciones MAC de los dispositivos conectados a través de los paquetes que recibe y los registra en su tabla de direcciones MAC (tabla CAM). Cuando un paquete se envía a una dirección IP, el *host* emisor utiliza ARP para obtener la MAC de destino. El switch, al recibir la trama, busca en su tabla CAM la dirección MAC correspondiente y envía el paquete al puerto correcto. Si no encuentra la dirección, envía el paquete a todos los puertos (excepto al puerto de entrada). De esta manera, el switch contribuye al funcionamiento del protocolo ARP en la red local.

Comandos de Configuración de Red (Ejemplos)

Estos son algunos ejemplos de comandos utilizados en la configuración de dispositivos de red (la sintaxis puede variar según el fabricante y el sistema operativo):

• traceroute: Traza una ruta de destino.
• configure: Muestra opciones de configuración.
• configure terminal: Accede al modo de configuración global.
• clear ip route *: Borra la tabla de rutas.
• disable: Retorna al modo de usuario.
• show running-config: Muestra la configuración actual del equipo.
• show startup-config: Muestra la configuración de arranque del sistema.
• show interfaces status: Muestra el estado de las interfaces del equipo (descripción, estado, VLAN, dúplex, velocidad, tipo).
• show mac-address: Muestra la dirección MAC de la VLAN por defecto.
• show ip interface brief: Muestra las interfaces del equipo, su dirección IP, estado de Capa Física y Capa de Enlace.
• network: Habilita el protocolo RIP (Routing Information Protocol).
• version: Cambia la versión del protocolo RIP.