Ethernet opera en las dos capas inferiores del modelo OSI: la capa de enlace de datos y la capa física.

Ethernet separa las funciones de la capa de enlace de datos en dos subcapas diferenciadas:

• La subcapa Control de enlace lógico (LLC): sigue siendo relativamente independiente del equipo físico que se utilizará en la comunicación.
• La subcapa Control de acceso al medio (MAC): se ocupa de los componentes físicos que se utilizarán en la comunicación y prepara los datos para transmitirlos a través de los medios.

Factores de Éxito de Ethernet

El éxito de Ethernet se debe a los siguientes factores:

• Simplicidad y facilidad de mantenimiento.
• Capacidad para incorporar nuevas tecnologías.
• Confiabilidad.
• Bajo coste de instalación y de actualización.

El switch disminuye o minimiza la posibilidad de colisiones y esto, junto con la posterior introducción de las comunicaciones full-duplex y la utilización de la fibra óptica, permitió el desarrollo de Ethernet de 1 Gbps y más.

Estilos de Tramas Ethernet

Hay dos estilos de tramas en Ethernet: el IEEE 802.3 (el original) y el 802.3 revisado (Ethernet v2).

El estándar IEEE 802.3 revisado (Ethernet v.2) amplió el tamaño de trama máximo permitido a 1522 bytes para que se adapte a una tecnología denominada Red de área local virtual (VLAN).

Direcciones MAC

Las direcciones MAC se asignan a estaciones de trabajo, servidores, impresoras, switches y routers (cualquier dispositivo que pueda originar o recibir datos en la red).

Formatos de direcciones MAC: 00-05-9A-3C-78-00, 00:05:9A:3C:78:00 ó 0005.9A3C.7800.

Direcciones en Capa de Red vs. Capa de Enlace de Datos

En resumen:

• La dirección de capa de red permite el envío del paquete a su destino.
• La dirección de capa de enlace de datos permite el transporte del paquete utilizando los medios locales a través de cada segmento. Las direcciones físicas (MAC) son únicas pero no jerárquicas.

Tipos de Direcciones MAC

En Ethernet se utilizan distintas direcciones MAC para la capa 2:

• Una dirección MAC unicast: es exclusiva y se utiliza para enviar una trama hacia un dispositivo de destino único.
• Con broadcast, el paquete contiene una dirección IP de destino con todos unos (1) y todos los hosts de esa red local (dominio de broadcast) recibirán y procesarán el paquete. A una dirección IP broadcast corresponde una dirección MAC broadcast FF-FF-FF-FF-FF-FF.
• La dirección IP multicast requiere también una dirección MAC multicast para poder enviar tramas en una red local. La dirección MAC multicast es un valor especial que comienza con 01-00-5E en hexadecimal.

Control de Acceso al Medio: Protocolo CSMA/CD

El Control de Acceso al Medio en Ethernet es realizado por el protocolo CSMA/CD que describiremos a continuación.

CSMA/CD sigue las siguientes reglas:

• Si el medio está libre, transmite, si no…
• Continúa escuchando a la espera de que el canal quede libre.
• Cuando queda libre, transmite inmediatamente.
• Si detectara una colisión durante la transmisión, envía una breve señal de congestión (Jamming) para asegurarse de que todas las estaciones se enteren de la colisión y paren de transmitir.
• Después de mandar la señal de congestión (o de recibirla), espera un tiempo aleatorio (backoff) e intenta transmitir otra vez (paso 1).

Detección de Colisiones

¿Cómo se detecta una colisión?:

• En un bus banda base, una colisión produce una sobre tensión de forma que con una detección por umbral es suficiente.
• En una topología en estrella la detección es más sencilla, ya que si un hub detecta actividad en más de una de sus entradas se interpreta como colisión.

El hecho de que los dispositivos compartan medios crea problemas significativos a medida que la red crece:

• Escalabilidad.
• Latencia.
• Falla de red.
• Colisiones.

En una LAN en la que todos los nodos están conectados directamente al switch, el throughput de la red aumenta notablemente. Las tres principales razones de este aumento son:

• Ancho de banda dedicado a cada puerto
• Entorno libre de colisiones
• Operación full-duplex

Existen tres razones por las que los hubs siguen utilizándose:

• Disponibilidad.
• Económicas.
• Requisitos.

El switch LAN en realidad almacena las tramas entrantes en la memoria buffer, controla el FSC en busca de errores y reenvía la trama al puerto indicado cuando dicho puerto está inactivo: almacenar y enviar.

El reenvío se basa en la MAC de destino: Para ello mantiene una tabla (tabla MAC, tabla de switch o tabla del puente) en la que hace coincidir a cada puerto la dirección MAC del nodo conectado.

Protocolo ARP

El protocolo ARP ofrece dos funciones básicas:

• Resolución de direcciones IPv4 a direcciones MAC.
• Mantenimiento de una caché de las asignaciones.

Broadcasts ARP, problemas: Todos los dispositivos de la red local reciben y procesan una solicitud de ARP debido a que es una trama de broadcast.

Seguridad

En algunos casos, la utilización del ARP puede ocasionar un riesgo potencial de seguridad.