Tecnología Ethernet en Redes LAN: Guía Completa

1. Definición de Ethernet

Ethernet es la tecnología más importante empleada en las redes LAN. Realiza las funciones de la capa física y enlace. Esta tecnología se define en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Admite anchos de banda de datos desde los 10 Mbps hasta los 100 Gbps.

2. Características de Ethernet

• Bajo coste.
• Simplicidad de instalación y mantenimiento.
• Alta velocidad de adaptación.
• Altas velocidades y baja tasa de errores.

3. LLC, MAC y CSMA/CD

3.1 LLC (Logical Link Control)

Maneja la comunicación entre las capas superiores e inferiores. Define la forma en que los datos se transfieren sobre el medio físico, proporcionando servicio a las capas superiores.

3.2 MAC (Medium Access Control)

Constituye la subcapa inferior de la capa de enlace de datos. Se implementa mediante hardware, por lo general mediante una tarjeta de red. Tiene dos responsabilidades principales:

3.2.1 Encapsulación de Datos

• Delimita las tramas: Identifica el grupo de bits que componen una trama.
• Direccionamiento: Añade a cada trama un encabezado que contiene la dirección física, permitiendo que la trama se entregue al nodo de destino.
• Detección de errores: Se encarga de la detección y, si procede, de la corrección de errores de transmisión. Descarta las tramas duplicadas o erróneas.

3.2.2 Control de Acceso al Medio

• La MAC es responsable de la ubicación y recogida de tramas en los medios.
• Se comunica directamente con la capa física.
• Si varios dispositivos en un mismo medio intentan enviar datos simultáneamente, los datos colisionan y se dañan.
• Ethernet controla el acceso compartido de los nodos mediante CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

3.3 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• Detecta si el medio transporta una señal.
• Si no detecta señal, el dispositivo transmite sus datos.
• Si los dispositivos transmiten al mismo tiempo, se produce una colisión.
• En caso de colisión, se envía una señal de interferencia y los dispositivos esperan un tiempo aleatorio antes de retransmitir.

4. Dirección MAC

Una dirección MAC de Ethernet se compone de 48 bits, expresados como 12 dígitos hexadecimales. El IEEE obliga a que los primeros 24 bits identifiquen al fabricante y los 24 restantes los configure la empresa.

5. Procesamiento de Tramas

Cada estación de trabajo tiene una MAC única. Cada tarjeta de red revisa la información para ver si la dirección MAC de destino en la trama coincide con la dirección MAC física del dispositivo.

• Si no coincide, el dispositivo descarta la trama.
• Si coincide, la tarjeta de red pasa la información a las capas OSI para el proceso de encapsulación.

6. Tipos de Direcciones MAC

6.1 Direcciones MAC Unicast

Envía una trama de un dispositivo a otro utilizando las direcciones MAC e IP de destino.

6.2 Direcciones MAC Broadcast

Envía un paquete a todos los hosts de la red local. La dirección IP de destino contiene solo números 1.

6.3 Direcciones MAC Multicast

Envía un paquete a un grupo de dispositivos. Se utiliza en juegos remotos, videoconferencias y educación a distancia.

7. Dirección MAC y Dirección IP

7.1 Dirección MAC

• No cambia.
• Similar al nombre de una persona.
• Se conoce como “dirección física”.

7.2 Dirección IP

• Similar a la dirección de una persona.
• Se basa en la ubicación del host.
• Se conoce como “dirección lógica”.

Para la comunicación, un PC necesita tanto una dirección MAC como una dirección IP.

8. Protocolo ARP

8.1 Funcionamiento del Protocolo ARP

ARP (Address Resolution Protocol) trabaja en la capa de enlace. Encuentra la dirección MAC correspondiente a una dirección IP. Envía un paquete ARP request con la IP que busca y espera la respuesta con la MAC.

Si una IP ya tiene asignada una MAC, se utiliza para el direccionamiento. Si no, el remitente envía una solicitud ARP (ARP Request) con la IP de destino a todos los hosts de la red (dirección broadcast FF:FF:FF:FF:FF:FF). Cada estación compara la IP de la petición con la suya. Si coincide, responde con un ARP Reply con su MAC. Ambas partes guardan la información en la caché.

8.2 Tabla ARP

Se puede ver con el comando “arp -a” en cmd. Asigna la dirección IP de un ordenador con su dirección física. La información no es permanente, ya que las direcciones IP pueden cambiar.