Fundamentos de Redes Ethernet: Dominios, Capas y Estructura de la Trama

Conceptos Fundamentales de Redes Ethernet

Dominios de Colisión y Control de Acceso al Medio (MAC)

En **Ethernet**, la **Capa MAC** (Control de Acceso al Medio) controla el acceso al medio físico cuando varios dispositivos comparten el mismo canal. Si dos equipos transmiten a la vez se produce una **colisión**, lo que mezcla las tramas y hace que ninguna sea válida. Las colisiones obligan a **retransmitir** la información, disminuyendo el rendimiento total de la red. Por ello, es crucial **reducir los dominios de colisión**.

Dispositivos y Dominios de Colisión

La forma en que los dispositivos gestionan los dominios de colisión depende de su capa de operación:

• Dispositivos de Capa 1 (como hubs o repetidores): Todos los equipos conectados forman un **único dominio de colisión**. Cualquier colisión afecta a todos los dispositivos.
• Dispositivos de Capa 2 (como los **switches** y bridges): Estos dispositivos dividen la red en **múltiples dominios de colisión**, creando uno por cada puerto. Utilizan una **tabla MAC o CAM** (Content Addressable Memory) para aprender qué dirección se encuentra en cada puerto.
• Dispositivos de Capa 3 (como los **routers**): También separan dominios de colisión, además de separar dominios de difusión.

Para mejorar una red y reducir colisiones, la práctica estándar es sustituir los hubs por switches y segmentar la red en más puertos.

Dominios de Difusión (Broadcast Domain)

Un **dominio de difusión** (*broadcast domain*) es un conjunto de dispositivos que reciben **todas las tramas de difusión** (*broadcast*) enviadas dentro de él. Las tramas de difusión se dirigen a la dirección **MAC FF:FF:FF:FF:FF:FF**, por ejemplo, cuando un equipo realiza una **petición ARP** para descubrir la MAC de otro dispositivo.

Separación de Dominios de Difusión

El comportamiento de los dispositivos de red respecto a la difusión es el siguiente:

• Los dispositivos de **Capa 2** (switches, bridges, puntos de acceso WiFi) **amplían** el dominio de difusión.
• Los dispositivos de **Capa 3** como los **routers** lo **separan**, ya que no reenvían tramas de difusión a otras redes.

Clasificación de Dispositivos por Capa

Según la capa del modelo OSI en la que operan, los dispositivos típicos son:

• Capa 1 (Física): Hubs y repetidores.
• Capa 2 (Enlace de Datos): Switches, bridges y puntos de acceso WiFi.
• Capa 3 (Red): Routers.
• Capas Superiores: Actúan los gateways.

Tecnologías y Estándares Ethernet

Las tecnologías **Ethernet** más usadas actualmente, que permiten evitar el exceso de tráfico de difusión y mejorar el rendimiento, son:

• Fast Ethernet (100BASE-TX): Alcanza 100 Mbps en cables Cat5 o superiores.
• Gigabit Ethernet (1000BASE-T): Llega a 1 Gbps usando cableado Cat5e o Cat6.
• 10 Gigabit Ethernet (10GBASE-T o fibra): Permite 10 Gbps usando cableado Cat6a, Cat7 o módulos de fibra SFP+.

Estructura de la Trama Ethernet (IEEE 802.3)

El **formato de trama Ethernet / 802.3** incluye varios campos esenciales que permiten la correcta transmisión y recepción de datos:

Campos Esenciales de la Trama

Preámbulo (7 bytes)

Contiene la secuencia 10101010 repetida, utilizada para sincronizar al receptor.

SOF (Start of Frame) (1 byte)

Marca el inicio real de la trama.

Direcciones MAC Destino y Origen (6 bytes cada una)

Identifican al receptor y al emisor. La dirección FF:FF:FF:FF:FF:FF indica una difusión (*broadcast*).

Tipo/Longitud (2 bytes)

En el estándar Ethernet II, indica el tipo de protocolo (IPv4, ARP, etc.). En el estándar IEEE 802.3, indica la longitud del campo de datos.

Datos (46 a 1500 bytes)

Contiene la información útil. Si el campo tiene menos de 46 bytes, IEEE 802.3 añade **relleno** para cumplir con el tamaño mínimo requerido.

FCS (Frame Check Sequence) (4 bytes)

Contiene el **CRC** (Cyclic Redundancy Check), que permite al receptor detectar errores en la trama.

La Dirección MAC: Identificación Única

Una **dirección MAC** tiene **48 bits (6 bytes)** y se representa típicamente en formato hexadecimal como XX:XX:XX:XX:XX:XX. Los **tres primeros bytes** forman el **OUI** (Organizationally Unique Identifier), que identifica al fabricante del dispositivo. Cada tarjeta de red tiene una dirección MAC única asignada de fábrica.