Ethernet
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Un cable de par trenzado con un conector modular 8P8C conectado a una computadora portátil , utilizado para Ethernet
Un puerto Ethernet sobre par trenzado

Ethernet ( / i θ ər n ɛ t / ) es una familia de cableados de redes informáticas tecnologías de uso común en redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN). [1] Se introdujo comercialmente en 1980 y se estandarizó por primera vez en 1983 como IEEE 802.3 . Desde entonces, Ethernet se ha perfeccionado para admitir velocidades de bits más altas , una mayor cantidad de nodos y distancias de enlace más largas, pero conserva mucha compatibilidad con versiones anteriores.. Con el tiempo, Ethernet ha reemplazado en gran medida las tecnologías LAN cableadas de la competencia, como Token Ring , FDDI y ARCNET .

La Ethernet 10BASE5 original usa cable coaxial como medio compartido , mientras que las variantes de Ethernet más nuevas usan par trenzado y enlaces de fibra óptica junto con conmutadores . A lo largo de su historia, las tasas de transferencia de datos de Ethernet se han incrementado desde los 2,94  megabits por segundo (Mbit / s) [2] originales a los últimos 400 gigabits por segundo (Gbit / s). Los estándares de Ethernet comprenden varias variantes de cableado y señalización de la capa física OSI en uso con Ethernet.

Los sistemas que se comunican a través de Ethernet dividen un flujo de datos en partes más cortas llamadas tramas . Cada trama contiene direcciones de origen y destino, y datos de verificación de errores para que las tramas dañadas se puedan detectar y descartar; la mayoría de las veces, los protocolos de capa superior activan la retransmisión de tramas perdidas. Según el modelo OSI , Ethernet proporciona servicios hasta la capa de enlace de datos inclusive . [3] La dirección MAC de 48 bits fue adoptada por otros estándares de red IEEE 802 , incluido IEEE 802.11 ( Wi-Fi ), así como por FDDI . EtherTypeLos valores también se utilizan en los encabezados del Protocolo de acceso a subredes (SNAP).

Ethernet se usa ampliamente en los hogares y la industria, y funciona bien con las tecnologías inalámbricas Wi-Fi. El Protocolo de Internet se transmite comúnmente a través de Ethernet, por lo que se considera una de las tecnologías clave que componen Internet .

Historia

Adaptador Ethernet de puerto paralelo Accton Etherpocket-SP (circa 1990). Admite cables coaxiales ( 10BASE2 ) y de par trenzado ( 10BASE-T ). La energía se obtiene de un cable pasante de puerto PS / 2 .

Ethernet se desarrolló en Xerox PARC entre 1973 y 1974. [4] [5] Se inspiró en ALOHAnet , que Robert Metcalfe había estudiado como parte de su tesis doctoral. [6] La idea se documentó por primera vez en un memorando que Metcalfe escribió el 22 de mayo de 1973, donde lo nombró en honor al éter luminífero que una vez postuló que existía como un "medio omnipresente y completamente pasivo para la propagación de ondas electromagnéticas". [4] [7] [8] En 1975, Xerox presentó una solicitud de patente que enumeraba a Metcalfe, David Boggs , Chuck Thacker y Butler Lampson.como inventores. [9] En 1976, después de que el sistema se implementó en PARC, Metcalfe y Boggs publicaron un artículo fundamental. [10] [a] Yogen Dalal , [12] Ron Crane , Bob Garner y Roy Ogus facilitaron la actualización del protocolo original de 2,94 Mbit / s al protocolo de 10 Mbit / s, que se lanzó al mercado en 1980. [ 13]

Metcalfe dejó Xerox en junio de 1979 para formar 3Com . [4] [14] Convenció a Digital Equipment Corporation (DEC), Intel y Xerox de trabajar juntos para promover Ethernet como estándar. Como parte de ese proceso, Xerox acordó renunciar a su marca registrada 'Ethernet'. [15] El primer estándar se publicó el 30 de septiembre de 1980 como "Ethernet, una red de área local. Capa de enlace de datos y especificaciones de la capa física". Este denominado estándar DIX (Digital Intel Xerox) [16] especificaba Ethernet de 10 Mbit / s, con direcciones de origen y destino de 48 bits y un campo de tipo Ethertype global de 16 bits . [17] La versión 2 se publicó en noviembre de 1982.[18] y define lo que se conoce como Ethernet II . Los esfuerzos formales de estandarización prosiguieron al mismo tiempo y dieron como resultado la publicación de IEEE 802.3 el 23 de junio de 1983. [19]

Ethernet inicialmente compitió con Token Ring y otros protocolos propietarios . Ethernet fue capaz de adaptarse a las necesidades del mercado y con 10BASE2, cambiar a un cable coaxial delgado y económico y, desde 1990, al ahora omnipresente par trenzado con 10BASE-T. A fines de la década de 1980, Ethernet era claramente la tecnología de red dominante. [4] En el proceso, 3Com se convirtió en una empresa importante. 3Com envió su primera NIC Ethernet 3C100 de 10 Mbit / s en marzo de 1981, y ese año comenzó a vender adaptadores para PDP-11 y VAX , así como computadoras Intel y Sun Microsystems basadas en Multibus . [20] : 9 Esto fue seguido rápidamente por el adaptador Unibus a Ethernet de DEC, que DEC vendió y usó internamente para construir su propia red corporativa, que alcanzó más de 10,000 nodos en 1986, convirtiéndola en una de las redes de computadoras más grandes del mundo en ese momento. [21] En 1982 se lanzó una tarjeta adaptadora Ethernet para IBM PC y, en 1985, 3Com había vendido 100.000. [14] En la década de 1980, el propio producto de red de PC de IBM compitió con Ethernet por la PC, y durante la década de 1980, el hardware de LAN, en general, no era común en las PC. Sin embargo, a mediados y finales de la década de 1980, las redes de PC se hicieron populares en oficinas y escuelas para compartir impresoras y servidores de archivos, y entre las muchas tecnologías LAN de la competencia de esa década, Ethernet fue una de las más populares.Los adaptadores Ethernet basados ​​en puertos paralelos se produjeron durante un tiempo, con controladores para DOS y Windows. A principios de la década de 1990, Ethernet se volvió tan común que los puertos Ethernet comenzaron a aparecer en algunas PC y en la mayoría de las estaciones de trabajo . Este proceso se aceleró enormemente con la introducción de 10BASE-T y su conector modular relativamente pequeño , momento en el que aparecieron puertos Ethernet incluso en placas base de gama baja. [ cita requerida ]

Desde entonces, la tecnología Ethernet ha evolucionado para satisfacer los nuevos requisitos del mercado y de ancho de banda. [22] Además de las computadoras, ahora se usa Ethernet para interconectar electrodomésticos y otros dispositivos personales . [4] Como Ethernet industrial , se utiliza en aplicaciones industriales y está reemplazando rápidamente a los sistemas de transmisión de datos heredados en las redes de telecomunicaciones del mundo. [23] Para 2010, el mercado de equipos Ethernet ascendía a más de $ 16 mil millones por año. [24]

Estandarización

Una tarjeta NIC Intel 82574L Gigabit Ethernet, PCI Express × 1

En febrero de 1980, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) inició el proyecto 802 para estandarizar las redes de área local (LAN). [14] [25] El "grupo DIX" con Gary Robinson (DEC), Phil Arst (Intel) y Bob Printis (Xerox) presentó la especificación CSMA / CD denominada "Libro azul" como candidata para la LAN especificación. [17] Además de CSMA / CD, Token Ring (respaldado por IBM) y Token Bus (seleccionados y de ahora en adelante respaldados por General Motors) también fueron considerados candidatos para un estándar LAN. Las propuestas en competencia y el amplio interés en la iniciativa llevaron a un fuerte desacuerdo sobre qué tecnología estandarizar. En diciembre de 1980, el grupo se dividió en tres subgrupos y la estandarización procedió por separado para cada propuesta. [14]

Los retrasos en el proceso de estándares ponen en riesgo la introducción en el mercado de la estación de trabajo Xerox Star y los productos Ethernet LAN de 3Com. Con estas implicaciones comerciales en mente, David Liddle (Gerente General, Xerox Office Systems) y Metcalfe (3Com) apoyaron firmemente una propuesta de Fritz Röscheisen ( SiemensPrivate Networks) para una alianza en el mercado emergente de comunicaciones de oficina, incluido el soporte de Siemens para la estandarización internacional de Ethernet (10 de abril de 1981). Ingrid Fromm, representante de Siemens para IEEE 802, rápidamente logró un soporte más amplio para Ethernet más allá de IEEE mediante el establecimiento de un grupo de trabajo competitivo "Redes locales" dentro del organismo europeo de estándares ECMA TC24. En marzo de 1982, ECMA TC24 con sus miembros corporativos llegó a un acuerdo sobre un estándar para CSMA / CD basado en el borrador IEEE 802. [20] : 8  Debido a que la propuesta DIX era técnicamente más completa y debido a la rápida acción tomada por ECMA que contribuyó decisivamente a la conciliación de opiniones dentro de IEEE, el estándar IEEE 802.3 CSMA / CD fue aprobado en diciembre de 1982. [14]IEEE publicó el estándar 802.3 como borrador en 1983 y como estándar en 1985. [26]

Aprobación de Ethernet en el plano internacional se logró mediante un semejante, transversal parcial acción con Fromm como el oficial de enlace de trabajo para la integración con la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y el Comité Técnico 83 Organización Internacional de Normalización Comité Técnico (ISO) 97 Sub Comité 6 . La norma ISO 8802-3 se publicó en 1989. [27]

Evolución

Conjunto de protocolos de internet
Capa de aplicación
  • DHCP (v6)
  • DNS
  • FTP
  • HTTP
  • HTTPS
  • IMAP
  • LDAP
  • MGCP
  • MQTT
  • NNTP
  • NTP
  • OSPF
  • MÚSICA POP
  • PTP
  • ONC / RPC
  • RTP
  • RTSP
  • ROTURA
  • sorbo
  • SMTP
  • SNMP
  • SSH
  • Telnet
  • TLS / SSL
  • XMPP
  • más...
Capa de transporte
  • TCP
  • UDP
  • DCCP
  • SCTP
  • RSVP
  • más...
Capa de internet
  • BGP
  • IP
    • IPv4
    • IPv6
  • ICMP (v6)
  • ECN
  • IGMP
  • IPsec
  • más...
Capa de enlace
  • ARP
  • NDP
  • Túneles
    • L2TP
  • PPP
  • MAC
    • Ethernet
    • Wifi
    • DSL
    • RDSI
    • FDDI
  • más...
  • v
  • t
  • mi

Ethernet ha evolucionado para incluir un mayor ancho de banda, métodos mejorados de control de acceso al medio y diferentes medios físicos. El cable coaxial fue reemplazado por enlaces punto a punto conectados por repetidores o conmutadores Ethernet . [28]

Las estaciones Ethernet se comunican enviándose paquetes de datos entre sí : bloques de datos enviados y entregados individualmente. Al igual que con otras LAN IEEE 802, los adaptadores vienen programados con una dirección MAC de 48 bits única a nivel mundial para que cada estación Ethernet tenga una dirección única. [b] Las direcciones MAC se utilizan para especificar tanto el destino como el origen de cada paquete de datos. Ethernet establece conexiones a nivel de enlace, que se pueden definir utilizando tanto la dirección de destino como la de origen. Al recibir una transmisión, el receptor usa la dirección de destino para determinar si la transmisión es relevante para la estación o debe ignorarse. Una interfaz de red normalmente no acepta paquetes dirigidos a otras estaciones Ethernet. [c] [d]

El sistema operativo de la estación receptora utiliza un campo EtherType en cada trama para seleccionar el módulo de protocolo apropiado (por ejemplo, una versión de Protocolo de Internet como IPv4 ). Se dice que las tramas de Ethernet se autoidentifican debido al campo EtherType. Los marcos de autoidentificación permiten mezclar múltiples protocolos en la misma red física y permiten que una sola computadora use múltiples protocolos juntos. [29] A pesar de la evolución de la tecnología Ethernet, todas las generaciones de Ethernet (excepto las primeras versiones experimentales) utilizan los mismos formatos de trama. [30]Se pueden construir redes de velocidad mixta utilizando conmutadores y repetidores Ethernet que admitan las variantes de Ethernet deseadas. [31]

Debido a la ubicuidad de Ethernet y al costo cada vez menor del hardware necesario para respaldarlo, la mayoría de los fabricantes ahora construyen interfaces Ethernet directamente en las placas base de las PC , eliminando la necesidad de una tarjeta de red separada. [32]

Medios compartidos

Equipo Ethernet más antiguo. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: un transceptor Ethernet con un adaptador 10BASE2 en línea , un transceptor de modelo similar con un adaptador 10BASE5 , un cable AUI , un estilo diferente de transceptor con conector en T 10BASE2 BNC , dos accesorios finales 10BASE5 ( conectores N), una herramienta de instalación naranja "vampire tap" (que incluye una broca especializada en un extremo y una llave de tubo en el otro), y un primer transceptor 10BASE5 (h4000) fabricado por DEC. La corta longitud del cable amarillo 10BASE5 tiene un extremo equipado con un conector N y el otro extremo preparado para instalar una carcasa de conector N; el objeto rectangular mitad negro, mitad gris a través del cual pasa el cable es un grifo vampiro instalado.

Ethernet se basó originalmente en la idea de que las computadoras se comunican a través de un cable coaxial compartido que actúa como un medio de transmisión de difusión. El método utilizado fue similar a los utilizados en los sistemas de radio, [e] con el cable común proporcionando el canal de comunicación comparado con el éter luminífero en la física del siglo XIX, y fue de esta referencia que se derivó el nombre "Ethernet". [33]

El cable coaxial compartido de Ethernet original (el medio compartido) atravesaba un edificio o campus hasta cada máquina conectada. Un esquema conocido como acceso múltiple con detección de portadora con detección de colisiones (CSMA / CD) regía la forma en que las computadoras compartían el canal. Este esquema era más simple que las tecnologías de la competencia Token Ring o Token Bus . [f] Las computadoras están conectadas a un transceptor de interfaz de unidad adjunta (AUI) , que a su vez está conectado al cable (con Ethernet delgadoel transceptor suele estar integrado en el adaptador de red). Si bien un cable pasivo simple es altamente confiable para redes pequeñas, no es confiable para redes extensas grandes, donde el daño al cable en un solo lugar, o un solo conector defectuoso, puede inutilizar todo el segmento de Ethernet. [gramo]

Durante la primera mitad de la década de 1980, la implementación de Ethernet 10BASE5 utilizó un cable coaxial de 0.375 pulgadas (9.5 mm) de diámetro, más tarde llamado "Ethernet gruesa" o "red gruesa". Su sucesor, 10BASE2 , llamado "thin Ethernet" o "thinnet", utilizó el cable coaxial RG-58 . El énfasis estaba en hacer que la instalación del cable fuera más fácil y menos costosa. [34] : 57 

Dado que toda la comunicación ocurre por el mismo cable, cualquier información enviada por una computadora es recibida por todos, incluso si esa información está destinada a un solo destino. [h] La tarjeta de interfaz de red interrumpe la CPU solo cuando se reciben los paquetes correspondientes: la tarjeta ignora la información que no está dirigida a ella. [c] El uso de un solo cable también significa que el ancho de banda de datos se comparte, de modo que, por ejemplo, el ancho de banda de datos disponible para cada dispositivo se reduce a la mitad cuando dos estaciones están activas simultáneamente. [35]

Una colisión ocurre cuando dos estaciones intentan transmitir al mismo tiempo. Corrompen los datos transmitidos y requieren que las estaciones vuelvan a transmitir. La pérdida de datos y la retransmisión reducen el rendimiento. En el peor de los casos, cuando varios hosts activos conectados con la longitud máxima de cable permitida intentan transmitir muchas tramas cortas, las colisiones excesivas pueden reducir drásticamente el rendimiento. Sin embargo, un informe de Xerox en 1980 estudió el rendimiento de una instalación Ethernet existente bajo una carga pesada tanto normal como generada artificialmente. El informe afirmó que se observó un rendimiento del 98% en la LAN. [36] Esto contrasta con el paso de fichas.LAN (Token Ring, Token Bus), todas las cuales sufren una degradación del rendimiento a medida que cada nuevo nodo ingresa a la LAN, debido a las esperas de token. Este informe fue controvertido, ya que el modelo mostró que las redes basadas en colisiones teóricamente se volvían inestables bajo cargas tan bajas como el 37% de la capacidad nominal. Muchos de los primeros investigadores no lograron comprender estos resultados. El rendimiento en redes reales es significativamente mejor. [37]

En una Ethernet moderna, no todas las estaciones comparten un canal a través de un cable compartido o un simple concentrador repetidor ; en cambio, cada estación se comunica con un conmutador, que a su vez reenvía ese tráfico a la estación de destino. En esta topología, las colisiones solo son posibles si la estación y el conmutador intentan comunicarse entre sí al mismo tiempo, y las colisiones se limitan a este enlace. Además, el estándar 10BASE-T introdujo un modo de operación full duplex que se volvió común con Fast Ethernet y el estándar de facto con Gigabit Ethernet . En dúplex completo, el conmutador y la estación pueden enviar y recibir simultáneamente y, por lo tanto, los Ethernets modernos están completamente libres de colisiones.

  • Comparación entre Ethernet original y Ethernet moderna

  • La implementación original de Ethernet: medio compartido, propenso a colisiones. Todas las computadoras que intentan comunicarse comparten el mismo cable y, por lo tanto, compiten entre sí.

  • Implementación moderna de Ethernet: conexión conmutada, sin colisiones. Cada computadora se comunica solo con su propio conmutador, sin competir por el cable con otras.

Repetidores y hubs

Una tarjeta de interfaz de red ISA de la década de 1990 que admite 10BASE2 ( conector BNC , izquierda) basada en cable coaxial y 10BASE-T ( conector 8P8C , derecha) basada en par trenzado
Artículo principal: concentrador Ethernet

Por razones de tiempo y degradación de la señal, los segmentos Ethernet coaxiales tienen un tamaño restringido. [38] Se pueden construir redes algo más grandes usando un repetidor Ethernet . Los primeros repetidores tenían solo dos puertos, lo que permitía, como máximo, duplicar el tamaño de la red. Una vez que los repetidores con más de dos puertos estuvieron disponibles, fue posible cablear la red en una topología en estrella . Los primeros experimentos con topologías en estrella (llamados "Fibernet") que utilizan fibra óptica se publicaron en 1978. [39]

Ethernet de cable compartido siempre es difícil de instalar en oficinas porque su topología de bus está en conflicto con los planes de cable de topología en estrella diseñados en edificios para telefonía. La modificación de Ethernet para adaptarse al cableado telefónico de par trenzado ya instalado en edificios comerciales brindó otra oportunidad para reducir costos, expandir la base instalada y aprovechar el diseño del edificio y, por lo tanto, Ethernet de par trenzado fue el siguiente desarrollo lógico a mediados de la década de 1980.

Ethernet en cables de par trenzado sin blindaje (UTP) comenzó con StarLAN a 1 Mbit / s a ​​mediados de la década de 1980. En 1987 SynOptics introdujo el primer Ethernet de par trenzado a 10 Mbit / s en una topología de cableado en estrella con un concentrador central, más tarde llamado LattisNet . [14] [33] : 29  [40]Estos evolucionaron a 10BASE-T, que fue diseñado solo para enlaces punto a punto, y todas las terminaciones se integraron en el dispositivo. Esto cambió los repetidores de un dispositivo especializado utilizado en el centro de grandes redes a un dispositivo que todas las redes basadas en par trenzado con más de dos máquinas tenían que usar. La estructura de árbol que resultó de esto hizo que las redes Ethernet fueran más fáciles de mantener al evitar que la mayoría de las fallas con un par o su cable asociado afectaran a otros dispositivos en la red. [ cita requerida ]

A pesar de la topología en estrella física y la presencia de canales de transmisión y recepción separados en el par trenzado y los medios de fibra, las redes Ethernet basadas en repetidores todavía usan semidúplex y CSMA / CD, con una actividad mínima del repetidor, principalmente la generación del atasco. señal al tratar con colisiones de paquetes. Todos los paquetes se envían a todos los puertos del repetidor, por lo que no se abordan los problemas de ancho de banda y seguridad. El rendimiento total del repetidor está limitado al de un solo enlace, y todos los enlaces deben funcionar a la misma velocidad. [33] : 278 

Puente y conmutación

Cables de conexión con campos de conexión de dos conmutadores Ethernet
Artículos principales: Bridging (redes) y conmutador de red

Si bien los repetidores pueden aislar algunos aspectos de los segmentos Ethernet , como roturas de cables, aún envían todo el tráfico a todos los dispositivos Ethernet. Toda la red es un dominio de colisión y todos los hosts deben poder detectar colisiones en cualquier lugar de la red. Esto limita la cantidad de repetidores entre los nodos más lejanos y crea límites prácticos sobre cuántas máquinas pueden comunicarse en una red Ethernet. Los segmentos a los que se unen repetidores tienen que funcionar todos a la misma velocidad, lo que imposibilita las actualizaciones por fases. [ cita requerida ]

Para aliviar estos problemas, se creó un puente para comunicarse en la capa de enlace de datos mientras se aísla la capa física. Con el puente, solo los paquetes Ethernet bien formados se reenvían de un segmento Ethernet a otro; las colisiones y los errores de paquetes se aíslan. En la puesta en marcha inicial, los puentes Ethernet funcionan como repetidores Ethernet, pasando todo el tráfico entre segmentos. Al observar las direcciones de origen de las tramas entrantes, el puente crea una tabla de direcciones que asocia direcciones a segmentos. Una vez que se aprende una dirección, el puente reenvía el tráfico de red destinado a esa dirección solo al segmento asociado, lo que mejora el rendimiento general. Transmisiónel tráfico todavía se reenvía a todos los segmentos de la red. Los puentes también superan los límites en los segmentos totales entre dos hosts y permiten la combinación de velocidades, las cuales son críticas para la implementación incremental de variantes de Ethernet más rápidas. [ cita requerida ]

En 1989, Motorola Codex presentó su EtherSpan 6310 y Kalpana presentó su EtherSwitch; Estos fueron ejemplos de los primeros conmutadores Ethernet comerciales. [i] Los primeros conmutadores como este usaban conmutación de corte en el que solo se examina el encabezado del paquete entrante antes de descartarlo o reenviarlo a otro segmento. [41] Esto reduce la latencia de reenvío. Un inconveniente de este método es que no permite fácilmente una mezcla de diferentes velocidades de enlace. Otro es que los paquetes que se han dañado aún se propagan a través de la red. El eventual remedio para esto fue volver a la tienda original y reenviarenfoque de puenteo, donde el paquete se lee en un búfer en el conmutador en su totalidad, se verifica su secuencia de verificación de trama y solo entonces se reenvía el paquete. [41] En los equipos de red modernos, este proceso se realiza normalmente utilizando circuitos integrados específicos de la aplicación que permiten que los paquetes se reenvíen a la velocidad del cable . [ cita requerida ]

Cuando se utiliza un par trenzado o un segmento de enlace de fibra y ninguno de los extremos está conectado a un repetidor, se hace posible Ethernet de dúplex completo en ese segmento. En el modo dúplex completo, ambos dispositivos pueden transmitir y recibir entre sí al mismo tiempo, y no hay dominio de colisión. [42] Esto duplica el ancho de banda agregado del enlace y, a veces, se anuncia como el doble de la velocidad del enlace (por ejemplo, 200 Mbit / s para Fast Ethernet). [j] La eliminación del dominio de colisión para estas conexiones también significa que todo el ancho de banda del enlace puede ser utilizado por los dos dispositivos en ese segmento y que la longitud del segmento no está limitada por las restricciones de detección de colisiones.

Dado que los paquetes generalmente se envían solo al puerto para el que están destinados, el tráfico en una Ethernet conmutada es menos público que en una Ethernet de medio compartido. A pesar de esto, Ethernet conmutada debería considerarse una tecnología de red insegura, porque es fácil subvertir los sistemas Ethernet conmutados por medios como la suplantación de ARP y la inundación de MAC . [ cita requerida ] [43]

Las ventajas del ancho de banda, el aislamiento mejorado de los dispositivos entre sí, la capacidad de mezclar fácilmente diferentes velocidades de dispositivos y la eliminación de los límites de encadenamiento inherentes a la Ethernet no conmutada han convertido a la Ethernet conmutada en la tecnología de red dominante. [44]

Redes avanzadas

Un conmutador Ethernet central

Las redes Ethernet conmutadas simples, aunque son una gran mejora con respecto a Ethernet basada en repetidores, sufren de puntos únicos de falla, ataques que engañan a los conmutadores o hosts para que envíen datos a una máquina incluso si no está destinada para ello, problemas de escalabilidad y seguridad con respecto a bucles de conmutación , emisión de radiación y tráfico de multidifusión . [ cita requerida ]

Las funciones de red avanzadas en los conmutadores utilizan el puente de ruta más corta (SPB) o el protocolo de árbol de expansión (STP) para mantener una red mallada sin bucles, lo que permite bucles físicos para redundancia (STP) o equilibrio de carga (SPB). El puenteo de ruta más corta incluye el uso del protocolo de enrutamiento de estado de enlace IS-IS para permitir redes más grandes con rutas de ruta más cortas entre dispositivos.

Las funciones de red avanzadas también garantizan la seguridad de los puertos, proporcionan funciones de protección como el bloqueo de MAC [45] y el filtrado de radiación de transmisión, utilizan LAN virtuales para mantener separadas las diferentes clases de usuarios mientras utilizan la misma infraestructura física, emplean conmutación multicapa para enrutar entre diferentes clases, y use la agregación de enlaces para agregar ancho de banda a los enlaces sobrecargados y para proporcionar algo de redundancia. [ cita requerida ]

En 2016, Ethernet reemplazó a InfiniBand como el sistema de interconexión más popular de las supercomputadoras TOP500 . [46]

Variedades

Artículos principales: Capa física Ethernet y Ethernet sobre par trenzado

La capa física Ethernet evolucionado durante un lapso de tiempo considerable y abarca coaxial, de par trenzado y interfaces de medios físicos de fibra óptica, con velocidades de 1 Mbit / s a 400 Gbit / s . [47] La primera introducción de CSMA / CD de par trenzado fue StarLAN , estandarizada como 802.3 1BASE5. [48] Si bien 1BASE5 tuvo poca penetración en el mercado, definió el aparato físico (cable, enchufe / conector, pin-out y plan de cableado) que se trasladaría a 10BASE-T a 10GBASE-T.

Las formas más comunes utilizadas son 10BASE-T, 100BASE-TX y 1000BASE-T . Los tres utilizan cables de par trenzado y conectores modulares 8P8C . Ellos funcionan a 10 Mbit / s , 100 Mbit / s , y 1 Gbit / s , respectivamente. [49] [50] [51]

Las variantes de fibra óptica de Ethernet (que comúnmente usan módulos SFP ) también son muy populares en redes más grandes, ya que ofrecen alto rendimiento, mejor aislamiento eléctrico y mayor distancia (decenas de kilómetros con algunas versiones). En general, el software de pila de protocolos de red funcionará de manera similar en todas las variedades. [52]

Estructura del marco

Un primer plano del chip SMSC LAN91C110 (SMSC 91x), un chip Ethernet integrado
Artículo principal: trama de Ethernet

En IEEE 802.3, un datagrama se denomina paquete o trama . El paquete se utiliza para describir la unidad de transmisión general e incluye el preámbulo , el delimitador de trama inicial (SFD) y la extensión de la portadora (si está presente). [k] La trama comienza después del delimitador de trama inicial con un encabezado de trama con direcciones MAC de origen y destino y el campo EtherType que proporciona el tipo de protocolo para el protocolo de carga útil o la longitud de la carga útil. La sección central de la trama consta de datos de carga útil, incluidos los encabezados de otros protocolos (por ejemplo, Protocolo de Internet) que se incluyen en la trama. La trama termina con un 32 bitsverificación de redundancia cíclica , que se utiliza para detectar la corrupción de los datos en tránsito . [53] : secciones 3.1.1 y 3.2  Notablemente, los paquetes Ethernet no tienen un campo de tiempo de vida , lo que genera posibles problemas en presencia de un bucle de conmutación.

Autonegociación

Artículo principal: Autonegociación

La negociación automática es el procedimiento mediante el cual dos dispositivos conectados eligen parámetros de transmisión comunes, por ejemplo, velocidad y modo dúplex. La negociación automática fue inicialmente una característica opcional, introducida por primera vez con 100BASE-TX, mientras que también es compatible con versiones anteriores de 10BASE-T. La negociación automática es obligatoria para 1000BASE-T y más rápido.

Condiciones de error

Bucle de conmutación

Artículo principal: bucle de conmutación

Un bucle de conmutación o bucle de puente se produce en las redes informáticas cuando hay más de una ruta de Capa 2 ( modelo OSI ) entre dos puntos finales (por ejemplo, múltiples conexiones entre dos conmutadores de red o dos puertos en el mismo conmutador conectados entre sí). El bucle crea tormentas de transmisión a medida que las transmisiones y las multidifusiones se reenvían mediante conmutadores a todos los puertos , el conmutador o conmutadores retransmitirán repetidamente los mensajes de transmisión que inundan la red. Dado que el encabezado de la Capa 2 no admite un valor de tiempo de vida (TTL), si se envía una trama a una topología en bucle, se puede repetir para siempre. [ cita requerida ]

Una topología física que contiene bucles de conmutación o puente es atractiva por razones de redundancia, pero una red conmutada no debe tener bucles. La solución es permitir bucles físicos, pero crear una topología lógica sin bucles utilizando el protocolo de puente de ruta más corto (SPB) o los protocolos de árbol de expansión (STP) más antiguos en los conmutadores de red. [ cita requerida ]

Farfullar

Se considera que un nodo que envía más tiempo que la ventana de transmisión máxima para un paquete Ethernet está parloteando . Dependiendo de la topología física, la detección y el remedio de jabber difieren un poco.

  • Se requiere una MAU para detectar y detener una transmisión anormalmente larga desde el DTE (más de 20-150 ms) a fin de evitar una interrupción permanente de la red. [54]
  • En un medio eléctricamente compartido (10BASE5, 10BASE2, 1BASE5), el jabber solo puede ser detectado por cada nodo final, deteniendo la recepción. No es posible ningún otro remedio. [55]
  • Un repetidor / concentrador de repetidores utiliza un temporizador de jabber que finaliza la retransmisión a los otros puertos cuando expira. El temporizador funciona de 25.000 a 50.000 bits para 1 Mbit / s, [56] 40.000 a 75.000 bits para 10 y 100 Mbit / s, [57] [58] y de 80.000 a 150.000 bits para 1 Gbit / s. [59] Los puertos jabbering se separan de la red hasta que ya no se detecta un operador. [60]
  • Los nodos finales que utilizan una capa MAC generalmente detectarán una trama Ethernet de gran tamaño y dejarán de recibir. Un puente / interruptor no adelantará el marco. [61]
  • Una configuración de tamaño de trama no uniforme en la red que usa tramas gigantes puede ser detectada como jabber por los nodos finales. [ cita requerida ]
  • Un paquete detectado como parloteo por un repetidor ascendente y posteriormente cortado tiene una secuencia de verificación de trama no válida y se descarta. [ cita requerida ]

Marcos enano

  • Los runts son paquetes o tramas más pequeños que el tamaño mínimo permitido. Se eliminan y no se propagan. [62]

Ver también

  • Regla 5-4-3
  • Chaosnet
  • Cable cruzado de Ethernet
  • Conversor de medios de fibra
  • ISO / IEC 11801
  • Protocolo de descubrimiento de capa de enlace
  • Lista de velocidades de bits del dispositivo
  • LocalTalk
  • PHY
  • Protocolo punto a punto sobre Ethernet (PPPoE)
  • Sneakernet
  • Wake-on-LAN (WoL)

Notas

  1. ^ La Ethernet experimental descrita en el artículo de 1976 funcionaba a 2,94 Mbit / sy tiene campos de dirección de origen y destino de ocho bits, por lo que las direcciones Ethernet originales no son las direcciones MAC que son hoy. [11] Por convención de software, los 16 bits después de los campos de dirección de origen y destino especifican un "tipo de paquete", pero, como dice el documento, "diferentes protocolos utilizan conjuntos disjuntos de tipos de paquetes". Por tanto, los tipos de paquetes originales podrían variar dentro de cada protocolo diferente. Esto contrasta con EtherType en el estándar IEEE Ethernet, que especifica el protocolo que se utiliza.
  2. ^ En algunos casos, la dirección asignada de fábrica se puede anular, ya sea para evitar un cambio de dirección cuando se reemplaza un adaptador o para usar direcciones administradas localmente .
  3. ^ a b A menos que se ponga en modo promiscuo .
  4. ^ Por supuesto, los puentes y conmutadores aceptarán otras direcciones para reenviar el paquete.
  5. ^ Existen diferencias fundamentales entre la comunicación inalámbrica y por cable en medios compartidos, como el hecho de que es mucho más fácil detectar colisiones en un sistema cableado que en un sistema inalámbrico.
  6. ^ En un sistema CSMA / CD, los paquetes deben ser lo suficientemente grandes para garantizar que el borde anterior de la onda de propagación de un mensaje llegue a todas las partes del medio y viceversa antes de que el transmisor deje de transmitir, garantizando que las colisiones (dos o más paquetes iniciados dentro de una ventana de tiempo que los obligó a superponerse). Como resultado, el tamaño mínimo del paquete y la longitud total del medio físico están estrechamente vinculados.
  7. ^ Los sistemas multipunto también son propensos a modos de falla extraños cuando una discontinuidad eléctrica refleja la señal de tal manera que algunos nodos funcionarían correctamente, mientras que otros funcionan lentamente debido a reintentos excesivos o no funcionan en absoluto. Ver onda estacionaria para una explicación. Estos podrían ser mucho más difíciles de diagnosticar que una falla completa del segmento.
  8. ^ Esta propiedad de "uno habla, todos escuchan" es una debilidad de seguridad de Ethernet de medio compartido, ya que un nodo en una red Ethernet puede escuchar todo el tráfico en el cable si así lo desea.
  9. ^ El término interruptor fue inventado por los fabricantes de dispositivos y no aparece en el estándar IEEE 802.3.
  10. ^ Esto es engañoso, ya que el rendimiento se duplicará solo si los patrones de tráfico son simétricos.
  11. ^ La extensión del operador está definida para ayudar a la detección de colisiones en Gigabit Ethernet de medios compartidos.

Referencias

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enlaces externos

  • Grupo de trabajo Ethernet IEEE 802.3
  • IEEE 802.3-2015 - reemplazado
  • Estándar IEEE 802.3-2018
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